15.深入浅出:有源滤波电路——参考《模拟电子技术基础》清华大学华成英主讲

本节课是学习的难点,学生学后往往过多注意数学式子推导的繁琐性,而忽略了基本概念。讲课时注意简化数学推导,突出物理概念。
本节课的教学目的:
1、掌握滤波器的有关概念:
什么是滤波
什么是低通、高通、带通、带阻滤波,用途
什么是无源滤波、什么是有源滤波,用途
如何描述滤波特性
2、理解有源滤波器的工作原理和分析方法
一阶、简单二阶、压控电压源二阶LPF的组成
高通、带通、带阻滤波的组成
滤波电路的分析方法
3、学会识别有源滤波电路
4、了解状态变量型滤波器
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如果是无源滤波器,那在负载变化时,通带放大倍数和截止频率都要改变,所以性能不稳定,怎么办呢?
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有源滤波虽然能稳定滤波参数,可以放大,但是不能输出高电压和大电流。

低通滤波器

由于电容有隔直通交的频率响应特性,所以用来做滤波器,如下图,在频率无无穷大的时候,电容相当于短路,放大器就没有了输入信号;在频率为0的时候,电容相当于短路,这就是电路相当于一个同相比例放大电路。那在中间的频率时,就有衰减的过程,这就是滤波器的基本原理:
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现在的一阶电路滤波,放大倍数的下降比较缓慢,也就是过渡带太宽了,相当于过滤的效果拖泥带水,怎么办呢?上二阶!
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经过一系列推导,反正是解决了拖泥带水的缺点,但是也产生了新的问题:截止频率降低了,只有特征频率的0.37倍,怎么使得fp=f0呢?加电压正反馈回路
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公式的推导可以不用管,但是结论要理解,结论就是
频率刚好是特征频率的时候,通带时的放大倍数影响着此刻的实际放大倍数,且通带放大倍数Aup=2时,此特征频率对应的放大倍数也是2.
当Aup在2~3的时候,特征频率对应的放大倍数会比通带放大倍数还要大。为了以40分贝速率下降,往往会利用这一点。
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高通、带通、带阻有源滤波器

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带通要串联,带阻要求和

状态变量型滤波器

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用负反馈决定通带放大倍数

状态变量滤波器 二阶电路的组成

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图中是二阶低通低通和二阶高通:低通必须加电阻负反馈用来限制通带的放大倍数,不然频率越低放大倍数越大,没有限制。高通是因为把二阶低通看成反馈回路,逆运算就是高通。
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还能输出带通,但是也要加电阻的负反馈限制通带放大倍数。
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低通高通求和还能输出带阻信号。

运算电路和有源滤波器的比较

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两个题:
1.读图:从频率趋近于0和无穷大来看信号的放大倍数,是低通还是高通还是带阻还是带通。
频率趋近于0时放大倍数1,趋近于无穷时放大倍数为1。所以这里是带阻滤波器,如果要带通,那就将带阻滤波电路放置在反馈回路上。

2.第一级是高通,第二级反相求和电路,表达式可以求出来,一个是经过高通的反相信号,一个是原来的信号,进行求和,实际上是作差,所以结果是一个低通滤波器。

参考《模拟电子技术基础》清华大学华成英主讲
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