光电子电路设计第四章2011版.pptVIP

* 谢谢大家 光电子电路设计 北京理工大学光电学院 * 第四章 有源滤波器 滤波器的作用是从宽频带的信号中选取有效信号，滤波器包括低通（LPF）、高通（HPF） 、带通（BPF） 、带阻（BEF）和全通（APF）等，常用前3种。 * 理想滤波器 幅频特性（通带内衰减为0，阻带内衰减为∞） 相频特性（具有线性相位特性） * 最小相位滤波器的幅频特性与相频特性是相互关联的，不可能同时具有矩形幅频特性和线性的相频特性，而且能满足理想条件之一也相当困难，只能在某种准则下逼近理想滤波器。 实际滤波器设计逼近原则 最平幅度（Butterworth）逼近 原点处有最大的平坦幅度 Butterworth滤波器 等纹波（Chebyshev）逼近 整个通带内都有较好的逼近 Chebyshev滤波器 最平时延（Bessel）逼近 在通频带内提供平坦的幅度和线性相位 Bessel滤波器 Cauer逼近 同时使通带最大衰减减小，阻带内最小衰减增大 椭圆（Eliptic）滤波器 * 无源滤波电路 仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成 结构简单 无需外加电源 可以用于高电压大电流负载 通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化 有源滤波电路 电路除无源元件外，还由有源元件（晶体管、场效应管、集成运放）组成 一般由RC网络和集成运放组成，必须在适合直流电源作用下才能正常工作 不用电感，体积小，重量轻，不需加磁屏蔽 可加电压串联负反馈，使Ri高、Ro低，在输入与输出之间有良好的隔离性 除能滤波外，还能将信号放大，而且Auo易调节 不适宜高电压大电流的负载，只适用于信号处理 不适宜高频范围，一般使用频率较低 * 无源滤波器及其特性 RC一阶低通滤波器 RC串联电路 幅频特性 相频特性 截止频率 * RL一阶低通滤波器 RL串联电路 幅频特性 相频特性 特征频率 * 一阶无源滤波器负载影响 总运算阻抗 电压传递函数 截止频率 无源滤波器通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，在低频时需要用大电容或大阻值滤波电阻R，在负载较重时需要采用有源滤波器。 * 有源滤波器 一阶低通有源滤波器 为改善无源滤波器的负载对滤波特性的影响，采取的措施是在无源滤波电路和负载之间加一个高输入阻抗，低输出阻抗的隔离电路。 同相输入 同相输入的频率特性与无源的RC一阶低通滤波器（不带负载时）相同 反相输入（一阶比例积分器） 频率特性 截止频率 * 一阶高通有源滤波器 同相输入形式 频率特性 截止频率 对数幅频特性 * 高通/低通滤波器转换 低通滤波器传递函数 高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，将低通滤波器中滤波环节的电容、电阻对换就可得各种高通滤波器。 放大倍率 高通滤波器传递函数 * 频率特性 一阶低通滤波器 一阶高通滤波器 * 二阶有源滤波器 一般形式（电压控制电压源电路） 节点方程 一阶滤波器有较好的带负载能力，但过渡带还是较宽，在要求较高时需要高阶滤波器。高阶滤波器常常由一阶和二阶滤波器（必须采用2个储能元件）级联组成。 * 电压传递函数 低通滤波器 当α1.414时，幅频特性出现峰值，因此阻尼系数的选取不宜太大或太小。 * 加入正反馈的二阶滤波器（赛林-凯电路） 为了达到幅频特性曲线在ωω0处的“平坦”和ωω0足够快的衰减，可以适当引入正反馈补偿R1和R2上的压降。 ★ * 节点方程 低通滤波器 * α的选择 α的幅频特性 ★ 最平幅度特性（Butterworth） ★ * 等纹波特性（Chebyshev） * 归一化问题 * Af 1归一化问题 电压传递函数 二阶高通滤波器 * 电压传递函数 高通滤波器幅频特性是低通滤波器的镜像，将高通、低通滤波器传递函数的ω0与1/ ω0互换，即可实现频率转换 对数幅频特性 * 带通滤波器 频率特性 4.带通/带阻有源滤波器 幅频特性 * 二阶多路反馈带通滤波器 * 带阻滤波电路（BEF） 带阻滤波器是用来抑制某一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过，所以又称陷波器。 用LBF和HPF相并联可构成BEF，又称为双T选频网络 将双T网络后面接一个同相比例电路，形成基本的BEF 传递函数 * 幅频特性 通带截止频率 阻带 * 为了减小阻带宽度，提高选择性，应使中心频率f0附近的幅值加大，所以引入一个正反馈，形成典型二阶带阻有源滤波器。 * 若电路需要改变正弦信号的相位，而且希望输出电压与输入电压的幅值比为常数，不随频率变化而变化，这样的电路称为全通滤波电路（APF），或称为移相电路。 将RC移相网络输出