四、状态变量滤波器二阶电路的组成.ppt

第二十二讲 有源滤波电路 模拟电路 7.3 有源滤波电路 一、概述 二、低通滤波器 三、高通、带通、带阻滤波器 四、状态变量型滤波器 第十四讲 信号的运算(2) 7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用 7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用 1. 模拟乘法器简介 1) 变跨导型模拟乘法器的基本原理 实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、输入电压的极性等方面。 理想情况下，ri1、 ri2、fH为无穷大， 失调电压、电流及其温漂为0，ro为0， ux 、uy 幅值变化时 k 值不变。 有单象限、两象限和四象限之分。 2)模拟乘法器的符号及等效电路 2. 在运算电路中的基本应用 2)乘方运算 1)乘法运算 实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或－0.1V-1。 若k= +0.1V-1，uI1= uI2=10V，则 uO=10V。 实现了对正弦波 电压的二倍频变换 为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？ 2. 在运算电路中的基本应用 3)除法运算 运算电路中集成运放必须引入负反馈！ 若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则k和uI2的极性应如何？ 为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？ 3. 开方运算 若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算，如除法运算电路、开方运算电路。 如何实现开三次方运算电路？ 若uO0，则有何变化？ 1. 滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。 2. 滤波电路的种类 低通滤波器（LPF） 通带放大倍数 通带截止频率 下降速率 理想幅频特性 无过渡带 一、概述 用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率)。 7.3 有源滤波电路 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）） 全通滤波器（APF）） 理想滤波器的幅频特性 阻容耦合 通信电路 抗已知频率的干扰 f-φ转换 空载时 带负载时 3. 无源滤波电路和有源滤波电路 负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。 有源滤波电路 用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻 二、低通滤波器1. 同相输入 对于LPF，频率趋于0时的放大倍数即为通带放大倍数。求解传递函数时，只需将放大倍数中的 jω用 s 取代即可。 一阶LPF 经拉氏变换得传递函数 频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数 决定于RC环节 表明进入高频段的下降速率为 －20dB/十倍频 （1）一阶电路 1. 同相输入（1）一阶电路：幅频特性 为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加RC环节。在Au(s)表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数。 （2）简单二阶LPF 截止频率 fp ≈ 0.37f0 分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。 （3）压控电压源二阶LPF 引入正反馈 为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降。 f→0时，C1断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大倍数； f →∞， C2短路，正反馈不起作用，放大倍数小→0 ； 因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。 压控电压源二阶LPF的分析 列P、M点的节点电流方程，整理可得： 2. 反相输入低通滤波器 积分运算电路的传递函数为 加R2后， f→0，C 断开，通带放大倍数， O O O 三、高通、带通、带阻有源滤波器1. 高通滤波器（HPF） 与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。 2. 带通滤波器（BPF） 3. 带阻滤波器（BEF） fH＜fL fH＞fL 四、状态变量型滤波器 要点： 将比例、积分、求和等基本运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤波功能的电路，称为状态变量型滤波器。 通带放大倍数决定于负反馈网络。 利用“逆运算”方法。 f→0时负反馈最强， A1输出电压→0； f→ ∞时C 相当于短路，A2输出电压→0，电路开环， A1输出电压→±UOM，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。 四、状态变量滤波器 二阶电路的组成 运算电路与有源滤波器的比较 相同之处 电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。 均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电流法求解电路。 不同之处 运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路