一、无源滤波电路
1.低通滤波电路
高通滤波电路-toc" style="margin-left:40px;">2.高通滤波电路
3.带滤波电路
滤波器-toc" style="margin-left:0px;">二、有源滤波器
1.一级有源低通滤波电路
2.一级有源高通滤波器
滤波器的功能是使有用的信号通过,使无用的信号不通过,可以说是最基本、最重要的电路之一。根据通过或衰减的信号频率范围,可分为低通过滤波器、高通过滤波器、带过滤器和阻力过滤器;根据过滤器的阶数,可分为一级过滤器、二级过滤器和高级过滤器;根据是否包含有源器件,可分为有源过滤器和无源过滤器。
如图1所示,传递函数
对于实际频率,是的s=jω=j2πf,并令,则有
图1 RC低通滤波电路
振幅值(模)如下,表示随变化的特征,称为振幅频率特征
相角如下,表示φ(ω)随ω变化的特性称为相频特性
幅值和相角与频率的关系如表1所示
表1
从以上可以看出,输入信号的频率f<fH当时,电压传输系数的振幅值AVH最大的,即低频信号可以不衰减地传输,也不会产生相移。当f=fH时,AVH下降到0.707(3dB),且产生-π/4相移。当f>fH时,f越大,AVH减少越多,相移越大,最终趋于-π/2(负号表示输出电压滞后于输入电压)。如图1所示。
图2 RC低通滤波电路的频率特性
替换低通电路中的电阻和电容器位置RC高通滤波电路。如图2所示。
传递函数
对于实际频率,有,并令,则有
图3 RC高通滤波电路
副值(模)
相角
如表2所示
表2
同样,从上面可以看出,当输入信号的频率f>fL当时,电压传输系数的振幅值AVH最大的,即高频信号可以不衰减地传输,也不会产生相移。f=fL时,AVH下降到0.707(3dB),且产生π/4相移。当f<fL时,f越小,AVL减少越多,相移越大,最终趋于π/2(正号表示输出电压滞后于输入电压)
图4 RC高通滤波电路的频率特性
如图5所示
由,并令,则有
幅值
相位
当时,输出电压是输入电压的1/3,且没有相移。
当等于最大值的70.7%处频率的上下限之间的宽度称为通频带宽。
为了提高电路的带负载能力,并实现输入和输出级的隔离,常在基本的RC滤波电路后加一个电压跟随器,如果还想同时起到放大作用,可以将电压跟随器换成同相放大电路。
如图6所示,由一阶RC低通滤波电路串联一个同相放大电路组成,易知:
所以传递函数
其中,,表示特征角频率(截止角频率)
将代入,
幅值
相位
当ω=0时,
当ω=ω0时,
当时,
图6 一阶有源低通滤波电路
为了改善滤波效果,使噪声衰减的更快,常将多个RC电路串联,组成二阶、三阶或者高阶滤波电路,如图7所示,为二阶有源低通滤波电路。
图7 二阶有源低通滤波电路
如图8所示,将低通滤波电路中的电阻和电容替换位置,就可以得到高通滤波电路。
由前面的推导易知,传递函数
其中ω0=1/RC,为特征角频率。
幅值
相位
当时,
当时,
当时,
图8 一阶有源高通滤波电路
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