当前课程知识点：模拟电子技术基础(应用部分) > 第二周 > 7.15 有源滤波器概述 > 有源滤波器概述
在集成运放工作在线性区里面
还有一个最基本的应用
那就是有源滤波器
从现在开始
我们就要介绍这样一种电路
有源滤波电路概述
滤波器的功能和种类
首先什么是滤波器呢
滤波器它的特点
就是使指定频段的信号
能够顺利的通过
而使得其它频率的信号
被衰减掉
当然最好其它频率被衰减到0
滤波电路 它的特性的描述
是用幅频特性
因为我们从上边
它的功能上就可以看到
它是对不同频率的信号
有选择的让它通过
所以我们要通过一个幅频特性
来描述它的这样的一个特点
那么要画幅频特性
有几个参数我们必须知道
一个就是它让通过的
这样的频率的信号
输出电压和输入电压
它们之间的比值是多少
我们叫它通带放大倍数
我还要知道频率从0
一直到无穷大
输出电压和输入电压
之间的这种关系 叫做Au
它是一种幅数的表示法
那么在Au里边有两件事情
是我们特别关心的
一个就是它的截止频率
在这里它叫做通带截止频率
一个就是它进入了
不让通过的那些信号频率
那些信号是怎么衰减的
它衰减的速率是什么
所以这是我们最关心的两件事情
如果这个知道了
我们就知道它幅频特性了
滤波电路的种类
一种叫做低通滤波器
低通滤波器
它的幅频特性是这样子的
在这里我们可以读出来几个频段
一个叫做通带
就是它允许通过的那个信号频率
通带里边平的这一部分
我们叫它通带放大倍数Aup
然而有一个参数
是一个截止频率
叫通带截止频率fp
从通带到一直
信号衰减为0的那个频率
中间的这个频带的宽度
我们叫做过渡带
过渡带到底下降的速率怎么样
就影响着它滤波的效果
我们希望它下降的越快越好
那么到它基本上是不通过的频率
我们就叫它阻带
就是在这里是阻带
对一个理想的低通滤波器
它应该除了通带就是阻带
过渡带趋于0
这就是理想化的滤波电路
那么这样的一个电路有什么用呢
我们至少能够想到了一个用途
就是如果我想获得
信号的直流分量
也就是频率趋于0的那个分量
我就让所有
频率高于0的那些都衰减掉
经常我们在测量电路里边
会用到它
除了低通滤波器
还有高通滤波器
就是频率低于截止频率的时候
信号不能够通过
频率高于fp的时候
信号允许通过
这个我们已经见到很多了
比如说我们在放大电路里边
组容耦合的这样一个方式
就是让频率高的过去
而让它们Q点之间是没有关系的
让它们的直流分量是没有关系的
还有叫做带通滤波器
带通滤波器它是这样子的
就是频率低于fp1
信号不能通过
频率高于fp2
信号也不能通过
它只能通过fp1到fp2
这样一个频率范围的信号
那么这样一类的电路
在通信电路里边用的特别多
其实我们每天都在用
比如收音机
如果是调幅收音机
那么它要通过的就是
通带里边就一个频率 让它通过
其它都不让通过
这就是调幅收音机
在发射和接收的时候
它对频率的选择
再有调频的收音机 比如说
它是让一段频率能够通过
那么我们在用手机打电话的时候
无论是我们发出信号
还是我们接收信号
那也是在一个频段里边
因此 它是对频率的选择
否则的话就乱套了
就是你在打电话
可能好多人都能够听到这个
那就是选择性太差了
曾经有一段时间我们会发现
我们的一些电器
在频率的选择上就不是太好
比如原来那个破收音机
无论你调到哪一个台都会听到
中央一套的声音特别大
那就是它的频率选择性特别差
如果我们的频率选择特别好的话
在发射和接收的时候
我们都可以得到非常干净地信号
所以带通滤波器
它的使用范围是特别宽的
应用是非常非常广泛
那么还有带阻滤波器
那就是说有一段频率的信号
我不让它过去
其它的我都让它过去
这个在抗已知频率的
这样的干扰信号的时候
特别有用
比如说220伏的
220伏的电网电压 它是50赫兹
它是一个非常强的一个电磁场
那么当我们放大电路
非常灵敏的时候
经常会受到它的干扰
那么我们就可以
用一个带阻滤波器
把50赫兹
如果它整流以后
经常有100赫兹的这种基波
我们把它滤掉
那么信号就会净化
还有一种叫全通滤波器
那么大家一听它的名字
都通了还有意思吗 有意思
因为我们可以看到它相频特性
就是它的相位会随着
不同的频率而产生变化
也就是说通过这样一个滤波器
我们得到了从频率到f - Φ
的这样一个转换电路
这在一些测量电路的里边
是非常有用的
所以从这里边我们可以看到
滤波电路它的功能
以及它各种种类
以及它的典型的应用
那么滤波电路有
无源滤波电路
有有源滤波电路
我们这一部分讲的
是有源滤波电路
那么有源和无源
它的区别是什么呢
我们来看这就是无源
有源滤波
有源元件在电路里边
就叫有源滤波电路
那么什么是有源元件呢
是那些能够控制能量的元件
叫做有源元件
从这里我们可以看到
它没有能够控制的
所以它是个无源的滤波电路
这个电路我们简单的就可以得到
当频率趋近于0的时候
输出就是输入
频率趋近于无穷的时候
电容上头的电抗趋于0
因此输出趋近于0
所以它是一个低通的滤波器
那么我们也可以求出来
说它通带的放大倍数就是1
而它的截止频率就是1/(2πRC)
那么频率从0一直到无穷的时候
它的传递的关系就是 1/(1+jf/fp)
这个式子大家应该熟悉
我们在讲频率响应的时候
就曾经讲到了低通电路
它的标准的表达式
那么在这样一个电路里边
当我们加上负载之后
它会产生一些变化
那频率趋于0的时候
这时候uO不再趋于uI了
趋于 [RL/(R+RL)]uI
当然频率趋近于无穷的时候
输出趋近于0
那在这里 它的通带的放大倍数
是RL / (R+RL)
而它的截止频率是2πR
并上 RL×C分之一
而它Au 就是适应频率
从0一直到无穷大的
这个Au等于Aup它的分母是
1 + j f/fp
这个式子的样子我们也认得
在放大电路里边
只不过是把那个Aup改成为Aum
也就是中频放大倍数
那么如果我画一画
它们的幅频特性
在这纵轴我用的
是20倍的lg (Au/Aup)
我们就明显地会看到
空载的时候和带负载的时候
它们的截止频率
它们的幅频特性的样子不一样
那么就说明了一个问题
无源滤波电路负载变化的时候
通带放大倍数和截止频率
都会发生变化
在这里唯一没变的
是过渡带的下降速率
那么也就是说在这个电路里边
只要负载一变
它的滤波特性就会变
滤波的参数就会变
这是我们在信号处理的时候
非常忌讳的一件事情
这样才有有源滤波器
来取代这个无源滤波器
使得负载不影响滤波的参数
不影响滤波的效果
最简单的办法
就是我们用一个电压跟随器
把负载和滤波的部分
把它隔离开来
这样当负载变化的时候
并不影响滤波的效果
那么无源滤波电路
它的滤波参数会随
负载的变化而变
有源滤波电路的滤波参数
不随负载的变化而变
而且你可以放大
这里我用的是一个电压跟随器
实际上你还可以用
比例运算电路来实现它
再有它们的区别
就是无源滤波电路
可以用于高电压大电流
比如我们后边所讲的
直流电源里边的滤波电路
它就是一个无源的
这样一个滤波电路
那么只要这个电容这个电阻
能够允许这么大的电流通过
能够有这样一个耐压值
它就可以作为滤波电路
但是有源滤波电路
它是信号处理电路
它的输出的电压也好电流也好
它受着有源元件
极限参数的限制
也受着有源元件
供电电源的限制
具体在这样一个电路里边
它就受着这个集成运放的
供电电源±VCC
通常是±15V
限制了它输出的幅值
而且集成运放
尤其是通用型的集成运放
它自身能够允许的最大功耗
也就是几十个毫瓦
所以它不能够有大电流高电压
这里要特别强调 有源滤波器
它是一个信号处理电路
注意 它是对信号进行处理
比如说净化
比如说去掉它的干扰
比如说去掉
无用的那些频率的信号
等等 等等
所以要把有源和无源分别开来
但是在一些实用的情况下
我们也可能
用一个简单的无源电路
来实现滤波的效果
那么有源滤波器电路的结构
它和运算电路结构区别是什么呢
因为它们必须都引负反馈
我们看它们的结构特点
一个放大电路和RC网络
就组成了有源滤波器
这里的集成运放
一定工作在线性区
所以它必须引入负反馈
我们又看到一个
必须引入负反馈的这样一个电路
那么它和运算电路有什么区别呢
共同之处都是在分析它们的时候
是以虚短和虚断作为基础的
而不同的地方
是运算电路研究的是时域问题
是这个时刻的输入作用于电路
输出是这个时刻的输入信号
某种运算的结果 是同一时刻
而有源滤波电路
研究的是频域的问题
是信号不同的时候
频率不同的时候
输出和输入之间的关系
这是不一样的
再有运算关系式
是描述运算电路
最基本的表达方式
它描述的是输出电压和输入电压
之间的运算关系
而有源滤波电路
描述的是幅频特性
描述的是滤波特性
另外它们的测试是不同的
运算电路就是在这个时候
给一个输入看输出
而有源滤波电路
是输入的幅值不变
来变化它的频率
看输出是如何响应的
那么学完了这样一些基本概念
大家就要能够回答这样一些问题
就是频率趋于0
电压放大倍数趋于
通带放大倍数的滤波器有哪几种
然后频率趋于无穷大
放大倍数趋于通带放大倍数的
滤波器有哪几种
再有就是频率趋于0
放大倍数也趋于0的有哪几种
还有就是频率趋于无穷大
电压放大倍数趋于0的
滤波电路有哪几种
只要我们看到它的分类
看到它最典型的幅频特性
我们就可以
正确的回答这几个问题
-7.1模拟电子技术基础（应用部分）概述
-7.2 由集成运放组成的运算电路概述
-7.3 反相输入比例运算电路
-7.4 同相输入比例运算电路
-7.5 反相求和运算电路
--反相求和运算电路
-7.6 同相求和运算电路
--同相求和运算电路
-实验一：单端输入双端输出电路
-7.7 加减运算电路
--加减运算电路
-7.8 关于比例及加减运算电路的讨论
-7.9 积分运算电路
--积分运算电路
-7.10 微分运算电路
--微分运算电路
-第一周作业
--第一周作业题
-EDA1 解一元多次方程
--解一元多次方程
-7.11 对数运算电路和指数运算电路
-7.12 模拟乘法器简介
--模拟乘法器简介
-7.13 模拟乘法器在运算电路中的应用
-实验二 正弦波电压倍频电路
-7.14 关于运算电路的讨论
-7.15 有源滤波器概述
--有源滤波器概述
-7.16 一阶低通滤波器
--一阶低通滤波器
-7.17 二阶低通滤波器
--二阶低通滤波器
-7.18 其它滤波器
--其它滤波器
-实验三 滤波电路的应用
--滤波电路的应用
-第二周作业
--第二周作业题
-8.1 正弦波振荡的条件
--正弦波振荡的条件
-8.2 正弦波振荡的组成及分类
-EDA2 正弦波振荡电路的起振和稳幅过程
-8.3 RC串并联选频网
--RC串并联选频网
-8.4 RC桥式正弦波振荡电路
-8.5 RC正弦波振荡电路的讨论
-实验四 正弦波振荡电路的测试
-8.6 变压器反馈式正弦波振荡电路
-8.7 电感反馈和电容反馈式正弦波振荡电路
-8.8 LC正弦波振荡电路的讨论
-第三周作业
--第三周作业题
-8.9 石英晶体正弦波振荡电路
-8.10 电压比较器概述
--电压比较器概述
-8.11 过零比较器
--过零比较器
-8.12 一般单限比较器
--一般单限比较器
-8.13 滞回比较器
--滞回比较器
-8.14 窗口比较器与集成比较器
-8.15 关于电压比较器的讨论
-8.16 常见非正弦波和矩形波发生电路的组成
-第四周作业题
-8.17 矩形波发生电路
--矩形波发生电路
-8.18 三角波-方波发生电路
-8.19 锯齿波发生电路和压控振荡电路
-EDA3 三角波发生电路->锯齿波发生电路->压控振荡电路的结构变化
-实验五 非正弦波发生电路的测试
-8.20 波形变换电路
--波形变换电路
-EDA4 波形变换电路的设计与实现
-8.21 信号转换电路
--信号转换电路
-8.22 关于信号转换电路的讨论
-9.1 概述
--概述
-9.2 变压器耦合功率放大电路
-第五周作业
--第五周作业题
-实验六 压控振荡电路的参数选择与调试
-9.3 OTL电路
--OTL电路
-9.4 OCL电路和BTL电路
-9.5 OCL电路最大输出功率及效率的估算
-9.6 OCL电路中晶体管的选择
-实验七 功放管及其散热器展示
-9.7 功率放大电路的讨论一（读图练习）
-9.8 功率放大电路的讨论二（电路的识别和故障分析）
-10.1 直流稳压电源的组成及各部分的作用
-10.2 单相半波整流电路
--单相半波整流电路
-第六周作业
--第六周作业题
-EDA5 数字式仪表的设计与仿真
--数字式仪表的设计
-10.3 单相桥式整流电路
--单相桥式整流电路
-10.4 电容滤波电路
--电容滤波电路
-10.5 其它滤波电路
--其他滤波电路
-10.6 稳压电路的性能指标及稳压二极管
-10.7 稳压管稳压电路的工作原理和主要性能指标
-10.8 稳压管稳压电路的设计
-实验八 稳压管稳压电路的设计及实现
-10.9 串联型稳压电路的组成
-10.10 串联型稳压电路中调整管的选择
-第七周作业
--第七周作业题
-10.11 关于串联型稳压电路的讨论
-10.12 集成三端稳压器及其基本用法
-10.13 基准电压源三端稳压器及其基本用法
-实验九 稳压电源性能指标的测试
-10.14 关于线性稳压电源的讨论
-10.15 开关型稳压电路的特点和基本原理
-10.16 串联开关型稳压电路
-10.17 并联开关型稳压电路
-第八周作业
--第八周作业题
-调查问卷
-期末考试
