硬體設計12 再論有源濾波器

2021-08-15 21:17:41 字數 3164 閱讀 1422

1.有源濾波器和無源濾波器

無源可以看成額外吸收諧波的負載,被動的吸收諧波;有源可以看成電源,主動的生成反向諧波。對於這個的理解可以從英文來理解。 (passive power filter,ppf),passive 可以理解為被動的消極的 專業翻譯就是無源的。(active power filter,apf) active 可以理解為主動的,積極的,專業翻譯就是有源的。沒毛病!!!

但是從上一節的分析中可以看出二階無源rc低通濾波器的幅頻曲線和二階sallen-key低通濾波的幅頻曲線基本一致,都是以40db/十倍頻程衰減的。多了只是多了乙個品質因數q。先不管這個引數,我們來思考一下既然響應看起來都一樣為什麼要用有源濾波器呢?為什麼有源濾波器是今後的發展方向呢?

我們說有源濾波器是在無源濾波器的之後產生的,而有源濾波器的產生是在整合運放產生之後產生的,那麼這裡我們需要了解一下這個整合運放是什麼?有什麼優點?這裡我們進行簡單的**。

2.整合運算放大器

3.為什麼要使用有源濾波器?

那麼上述可以看出,我們為什麼要使用有源濾波器,因為有源濾波器具有整合運放的特點!!!!!沒有能量損耗,可以放大,什麼不用電感等等我們不再分析,這裡我們只分析有源濾波器幅頻曲線和輸入輸出阻抗,來了解為什麼要使用無源濾波電路。

----首先我們來看下無源濾波的一階和二階幅頻曲線圖,從圖中來看下為什麼需要有源濾波器!!!!

大家看到了什麼?實際上一階二階濾波曲線的截止頻率可以說是不一樣的,高頻衰減的速率增加了一倍,但頻寬明顯減小了。這樣分析起來比較形象點。

無源濾波器在截止頻率附近的增益不能調節!!那麼我們如何讓高頻衰減的比較快,而且不減少頻寬呢???方法就是在f0附近增加乙個可控的正反饋量,那麼我們就要使用整合運放的反饋電路!!!有源濾波器可以調增益!!這句話很關鍵!

----第二個非常重要的關鍵點是:整合運放的特性是輸入阻抗比較大,捕捉訊號能力比較強,而輸出阻抗比較小,帶負載能力比較強!!這是什麼意思?這其實就是一種隔離的思想,我把輸入輸出隔離開,輸入輸出的負載不會相互影響。

假如說有兩個裝置,中間用濾波器進行訊號濾波,我不知道我所接的裝置阻抗會不會變化,也不知道多大多小,那麼有源濾波器是最完美的選擇,不是嗎?

再舉乙個形象的例子,整合運放輸入阻抗無窮大,相當於開路,這不就是示波器的探棒嗎,就是1m歐姆。試問一下示波器的1m歐姆的探棒什麼訊號測量不了呢?輸出阻抗無窮小,那運放輸出的訊號壓降都在負載上面,帶負載能力強!!!就是這個隔離思想!!!很精髓呢!!

這裡給出乙個音訊的電路圖,大家按照這個思想來去分析一下。

需要說明的是,無源濾波器輸入阻抗和輸出阻抗在濾波器設計的時候就固定了,接上負載以後會對整個頻率響應影響很大,說實話你不知道面對的是什麼裝置的時候,用無源濾波可能會把裝置弄壞的!!

4.經典的sallen-key二階低通濾波電路

sallen-key電路是一種正反饋有源濾波器。當通帶增益為1時,sallen-key 低通濾波器的電路形式如下圖1所示。

設計濾波器時,我們的指標是截止頻率和品質因數。首先選擇乙個合適的電阻r

,然後根據截止頻率計算cf,有了cf 後根據品質因數計算c1和c2。

另外多說一句,

sallen-key 

低通濾波器的高頻截止特性並不好,原因在於

c1 橫跨在輸入與輸出之間了。

對於高頻訊號,運放的增益很低,我們可以認為這時運放不起作用了, 輸入訊號直接越過c1 到達了輸出端。

下面給出乙個電路**的結果,低通濾波器增益為1,r1=r2=1k,c1=220nf,c2=110nf,截止頻率為1khz,q值為0.7。運放選的是op07,增益頻寬積為0.5mhz。

不用過多解釋了,高頻時的特性一目了然。

但是需要說明的是如果c1不接到輸出端,那麼也是可以的,為什麼要把c1接到輸出端呢?原因就是在通帶截止頻率fp

àf0之間幅頻特性下降的還不夠快。c1的改接不影響通帶增益,但濾波器的通帶增益必須小於3才能保障電路穩定工作。

它由兩節rc濾波電路和同相比例放大電路組成,在整合運放輸出到整合運放同相輸入之間引入乙個負反饋,在不同的頻段,反饋的極性不相同,當訊號頻率f>>fh時(fh 為截止頻率),電路的每級rc 電路的相移趨於-90º,兩級rc 電路的移相到-180º,電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反,故此時通過電容c 引到整合運放同相端的反饋是負反饋,反饋訊號將起著削弱輸入訊號的作用,使電壓放大倍數減小,所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減,只允許低頻端訊號通過,其特點是輸入阻抗高,輸出阻抗低。

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