有源濾波電路基礎(chǔ)原理介紹

1 簡(jiǎn)介

1.1 濾波器的分類(lèi); 有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R、C等無(wú)源元件而構(gòu)成的。 通常有源濾波器分為：

低通濾波器

高通濾波器

帶通濾波器

帶阻濾波器

它們的幅度頻率特性曲線如圖1所示。

圖1 有源濾波器的頻響

濾波器也可以由無(wú)源的電抗性元件或晶體構(gòu)成，稱(chēng)為無(wú)源濾波器或晶體濾波器。

1.2 濾波器的用途
濾波器主要用來(lái)濾除信號(hào)中無(wú)用的頻率成分，例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。濾波過(guò)程如圖2所示。

圖2 濾波過(guò)程

2 有源低通濾波器(LPF)
2.1 低通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）通帶增益Avp
通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，如圖3所示。性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。
（2）通帶截止頻率fp
其定義與放大電路的上限截止頻率相同，見(jiàn)圖3。通帶與阻帶之間稱(chēng)為過(guò)渡帶，過(guò)渡帶越窄，說(shuō)明濾波器的選擇性越好。

圖3 LPF的幅頻特性曲線

2.2 簡(jiǎn)單一階低通有源濾波器
一階低通濾波器的電路如圖4所示，其幅頻特性見(jiàn)圖5，圖中虛線為理想的情況，實(shí)線為實(shí)際的情況。特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。

圖4 一階低通電路（LPF）圖5 一階LPF的幅頻特性曲線

當(dāng)f = 0時(shí)，電容器可視為開(kāi)路，通帶內(nèi)的增益為

一階低通濾波器的傳遞函數(shù)如下
， 其中
該傳遞函數(shù)式的樣子與一節(jié)RC低通環(huán)節(jié)的增益頻率表達(dá)式差不多，只是缺少通帶增益Avp這一項(xiàng)。

2.3 簡(jiǎn)單二階低通有源濾波器
為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，稱(chēng)為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。二階LPF的電路圖如圖6所示，幅頻特性曲線如圖7所示。

圖6 二階低通電路(LPF)圖7 二階低通電路幅頻特性曲線

（1）通帶增益
當(dāng)f = 0時(shí)，各電容器可視為開(kāi)路，通帶內(nèi)的增益為

（2）二階低通有源濾波器傳遞函數(shù)
根據(jù)圖8-2.06可以寫(xiě)出