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第10章 单运放二次型有源滤波电路 《电网络理论》课件

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第23讲 有源滤波电路

第23讲 有源滤波电路

① f→0时，1/jωC1→∞——正反 馈很弱，Au=Aup； 为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按 －40dB/十倍频下降，改接C1 ——引入反馈，极性随 f 不同。
② f=fP，φ=-45o,两节RCφ=-90o
即f≤fP, |φ|≤90o——正反馈，Au↑ ③ f>>fP(f=10fP)，单节RCφ=-90o； 两节φ=-180o——负反馈，Au↓： “-40dB/十倍频”
2
第七章 信号的运算和处理
7.3 有源滤波电路
3.无源和有源滤波电路 f 0：Aup U o 1 (通带放大倍数)
Ui Uo 1/j C 1 f 从0 ~ Au Ui R 1/j C 1 j f fp Aup f Au , arct an fP f 1 ( )2 f p 其中 f 1 截止 P 2 RC 频率
HPF-LPF——“镜像”
12
第七章 信号的运算和处理
. Ui . A Aup
低通
高通 7.3 有源滤波电路 . Uo
2.带通滤波器（BPF） (1)组成：LPF+HPF——串联
1 低通
O . A Aup
h
1 高通
O . A Aup
l

1 阻 O 通 阻
l
h

压控电压源二阶带通滤波电路
A U up o A u U i 1 ( f P )2 j 1 f P f Q f
图 7.3.16
U o 1 Rf A up U R1 i
fP
1 2π RC
A 1 u Q 3 A A up up
— 等效品质因数
f fo

滤波器电路知识-经典版ppt课件

滤波器电路知识-经典版ppt课件
（二）根据滤波的实现方法和型式分
递归型
N
N
y(n) ai x(n i) bi y(n i)
i0
i 1
N
非递归型
y(n) ai x(n i)
2020/4/14 FFT
i0
热能工程系
18
三、数字滤波器的设计和实现
设计：由给定的规定求找滤波器的转移函数 实现：按照转移函数获得实际的数字滤波系统
2
1 (1 2 )2 ( 2 )2
1 (1 2 )2
2 2
1 2 2
1 4
2 2
1
1
4
热能工程系
6
2. 切比雪夫近似
H(
j )
2
1
1
Tn ( )2
H (s) H0 Vn (s)
Tn() Vn()
n阶切比雪夫多项式 切比雪夫滤波多项式
0.5db波纹 n=1 S+2.863 n=2 S2+1.425S+1.516
R2 R5
C1 C3C4
C3 C4
C4 C3
选择性因子
2020/4/14
热能工程系
12
三、设计方法
1. 选类型，阶数 2. 去归一化（所有手册给出的都是归一化传输函数 3. 多路反馈实现，求元件值
H() H0
归一化 去归一化
H(’) H0
'
0
0
1
’
推广到复数
s' s
0
2020/4/14
z2 z 2
结果 X (z) 1 z1 4z2 由此得 x(0)=1, x(1)=-1, x(2)=4,...
z3
z 1 2z1

(优选)电网络理论ppt讲解

(优选)电网络理论ppt讲解
（优选）电网络理论第一章ppt 讲解
电网络分析 : •网络元件和网络基本性质 •网络图论基本理论 •网络的矩阵分析方法 •网络的状态变量分析方法 •非线性电路 •无源网络的分析方法 • 均匀传输线
参考书：
1、《网络分析与综合》 俎云霄 吕玉琴编著 机械工业出版社 2007.1 2、《电网络理论》彭正未编著 武汉水利电力大学出版社 1999.3
3、《电网络理论》周庭阳 张红岩编著 机械工业出版社 2008.6
4、《高等电力网络分析》（第二版） 张伯明 陈寿孙 严正著 清华大学出版社 2007.9
5、《电路》（第五版） 邱关源著 高等教育出版社 2006.3
第一章 网络元件和网络特性
§1 网络的基本概念
一、网络、电路与系统
无论是电力系统的电力传输或电能转换，还是电子技术、 通信技术、计算机技术或控制技术中的信号传输与变换处理 等等，都离不开网络。所有这些网络，从本质上讲，都是电 路。任何一个系统，其响应与激励之间的关系，都是通过网 络建立起来的。
§3 多端元件及受控电源
1
一、多端元件 如三端元件：
u12
2
i2
+-
i1
i1 i2 i3 0
+ u23
只有4个独立变量
u12 u23 u31 0
u31
i3
+ 3
-
∴对于n端元件，分别有（n-1）个独立电流变量、
（n-1）个独立电压变量，共2(n-1）个独立变量。
以晶体管为例，在低频条件下：
U1 U2
I1 kI2 (k为正实数）
I1 + U1
-
Z1
I2 + U2
-
端口2接入阻抗Z2:

运放基础知识ppt课件

运放基础知识ppt课件

(4)、∵I-=0，∴If =I1
(
5)、AUf
Uo Ui
1 Rf R1
Uo
(1
Rf R1
)Ui
结论：闭环增益AUf只取决于Rf和R1 ；
而与运放本身可编无辑课关件。PPT
8
同相比例运算电路（特例）
电路：
Rf =0
R1 =
R2 Ui
∞ Uo
当 Rf =0 ; R1 = 时：上式中的电压增益为：
AUf
6
（一）、反相比例运算电路
1.电路
If
Rf
3.构成要求
R1 Ui
I1
∞ Uo
Rp=R1//Rf （R +=R -）
2.分析
Rp
(1)、∵I+=0 ∴U+＝0V
(5)、 UoURf If R R1f Ui
(2)、U-=U+=0V(虚地) (3)、I1=Ui /R1
AUf
Uo Ui
Rf R1
Ui
(4)、∵I-=0，∴If =I1= Ui /R1
图 07.09 对数运算电路
U o U d
iR id
id
I s exp
Ud UT
Uo
U
T ln
id Is
U T ln
Ui RI s
可编辑课件PPT
17
六、 指数运算•图电中路二极管可用三
极管发射接代替。
指数运算电路如图07.10所示。
U o if R f id R f
R f I s exp
1.利用运放虚地的概念：
i(t)= ui (t)/R i(t)= if (t)
2.电容两端的电压：
uc(t)

高等网络理论第十章

高等网络理论第十章

本章主要讨论二次型单运放、无穷增益正负反馈电路的有源滤波器实现。
对于一次传输函数的实现，应用下面两电路之一都可以实现
1 / C2 1 s V ( s) Z (s) R2C2 H ( s) 2 2 1 / C1 V1 ( s) Z1 ( s) 1 s R1C1
图a：

图b：
H ( s)
（10-5）
（10-6）
（10-7）
（10-8）
H FB (s)的传输零点 由上式可知 H (s)的极点即反馈函数
梯形RC网络的传输零点只能在s=0、∞或负实轴上 电路的反馈RC网络不可能是梯形RC网络 正反馈结构电路：
r1 r2 k r1 V2 kV4 V3 H FFV1 H FBV2
则第a级常数需要缩小 2.66倍，第b级常数需要缩小 1.58倍。 Ra 4 Ra 3 Ra 4 1 , 0.9697 Ra 3 Ra 4 2.66 Ra 3 Ra 4 Rb 4 R R 1 , b 3 b 4 1.675 Rb 3 Rb 4 1.58 Rb 3 Rb 4
p
即
1 1 ，Q p RC 3 k
1 k 3 Qp
若令C 1F，则 1 R
p
k 1 2 H0 (3 ) p R1 R2C1C2 Qp
方案二： 选k=1 R C 令 2 ， 2 ，由式（ 10 17）、（ 10 18 ）得 R1 C1
1 p ，Q p R1C1 解得 1
V2 ( s) Z1 Z 2 V1 ( s) Z1
10.2 单运放二次型电路的基本结构
最简单的负反馈结构
上图中当2端接地时：
当1端接地时：
有前馈函数

第10章 单运放二次型有源滤波电路 《电网络理论》课件

第10章 单运放二次型有源滤波电路 《电网络理论》课件

带通
佛伦德电路（Friend)
SAB STAR
LP ×
HP BP BR AP √ 最少电容，灵敏度低，经济 最好的一种电路
37
37
第10章 单运放二次型有源滤波电路
r1
R6 R7 R6 R7
k1
R5 R4 R5
k2
R7 R6 R7
k3
R9 R8 R9
R1
R4 R5 R4 R5
R3
R8 R9 R8 R9
19
19
H 0 的调整 1. H 0 的减小
第10章 单运放二次型有源滤波电路
k1
R4 R3 R4
R1R3//R4
20
20
2. H
的增大
0
Z RC
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H0H0
r5 r6 r6
r 6 小，相对准确
ZRC r6
21
21
10.4 RC－CR变换
HLP (s)
s2
34
34
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H(s)
k2
s2
sR21C1
1 R2C2
1k1k2 R1C2
R1R21C1C2
s2
s
1 R2C1
1 R2C2
R1R21C1C2
k2 k1
12 R1 R2
1CC12
k2 H(s)
s2
sR21C1
1 R2C2
R1R21C1C2
s2
sR21C1
1 R2C2
R1R21C1C2
AP
35
35
k1 k2
1
R1 R2
1

《有源滤波器》课件 (2)

相位校正电路可用于修正有源滤波器的相位响应，通常用于仪器仪表、通信 电路和自适应滤波等领域。它主要由两个电阻组成，具有调节频率响应的作 用。
有源滤波器与被动滤波器的对比
有源滤波器
• 使用放大器 • 增益高、精度高 • 带宽可调 • 需要电源 • 可自激震荡 • 使用符号法分析
被动滤波器
• 使用电阻和电容器 • 增益低、精度低 • 带宽固定 • 不需要电源 • 不会自激震荡 • 使用网络分析法
有源带通滤波器电路图
将一定范围内的中频信号通过，而削减高低频 信号。常用于收音机和通信设备中。
有源带阻滤波器电路图
削减一定范围内的信号，而通过高低频信号。 常用于降噪和信号抑制。
有源滤波器的工作原理
1
正反馈
有源滤波器通过将信号引入放大器并将放大的信号输出到电阻器和电容器等元件 上，实现对信号的滤波。这是利用正反馈实现的。
分类
有源滤波器的分类包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器 和陷波器等。这些滤波器的分类基于它们在频率域中对信号的响应。
常见的有源滤波器电路图
有源低通滤波器电路图
将低频信号通过，而削减高频信号。常用于音 频的控制和处理。
有源高通滤波器电路图
将高频信号通过，而削减低频信号。常用于信 号的分离和滤波。
有源滤波器的实验设计与操作技巧
1 实验设计
有源滤波器实验需要注意的事项是：正确连接电路、选择滤波器类型、选择合适的元器 件、选取适当的放大倍数和调整直流偏置。
2 操作技巧
有源滤波器操作的技巧有：合理调整电路参数、对信号进行采样、选择合适的测试仪器 和分析工具，以及学会分析和解决实验中的问题。
2
Resonance

《有源滤波器》 (2)幻灯片PPT


一个并联谐振频率 fp，
二者十分接近。
图9.15 石英晶体的电抗曲线
利用石英晶体的高品质因数的特点，构
成LC振荡电路，如图9.14所示。
(a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs<f0<fp
图9.14 石英晶体振荡电路
对对于于图图99..1144((ba))的的电电路路，与满电足感正三反点响式的振条荡 件电，路为相此似，。石要英使晶反体响必信须号呈能电传感递性到才发能射形极成，L为C 并此联石谐英振晶回体路应，处产于生串振联荡谐。振由点于，石此英时晶晶体体的的Q阻 值抗很接高近，为可零到。达几千以上，所示电路可以获得 很高的振荡频率稳定性。
非线性特性 限制幅度的增加 产生失真
选频网络
选出失真波形的基波分量
正弦波输出。
也可以在反响网络中参加非线性稳幅环节， 用以调节放大电路的增益，从而到达稳幅的目 的。
9.6 RC正弦波振荡电路
Z 1 R 1 ( 1 /jC 1 )
Z2 R2 //1(/ jC2)
R2
1jR2C2
图9.02(a) RC串并联网络
滤波器的电路形式： 压控电压源型、无限增益多路反响型、双 二次型
• 在实际应用中滤波器的问题分为“分析〞与 “设计〞
• 分析时，根据电路求出传递函数，归纳为 “通式〞的形式。与标准“通式〞比照，便 可知是哪种滤波器〔低通？…?)；通带增益 是多少；特征频率是多少；是哪种性能〔巴 特沃思？…?)
例9.3：分析图9.16的振荡电路能否产生振 荡，假设产生振荡,石英晶体处于何种状态？
(a)
(b)
图9.16 例9.3电路图
9.8 非正弦信号产生电路
9.8.1 比较器 9.8.2 非正弦波发生电路

第五讲-有源滤波电路


通频带： f p1 f p 2
46
C1 C2 C R1 R R2 2 R
实用电路中采 用单个集成运放构 成压控电压源二阶 带通滤波电路。
压控电压源二阶带通滤波电路
47
Au (s)
1 (3 A
sRCAuf (s)
up
(s)sRC (sRC)
2
中心频率
Rf Auf 1 R1 1 f0 2RC
up
29
品质因数Q的物理意义：
f f 0 时电压
放大倍数与通带 放大倍数之比 当
3 2 A up
f f0
A u
A up
压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性
30
五、二阶低通滤波电路实例分析
压控电压源二阶低通滤波仿真电路
31
压控电压源二阶低通滤波电路仿真结果
32
压控电压源二阶低通滤波电路交流分析结果
s 5 0.937 s 4 1.689s 3 0.974s 2 0.581s 0.123 ( s 0.289)( s 2 0.179 s 0.988)( s 2 0.468s 0.429)
38
3.Bessel多项式
n 1 2 3 4 5
s 1
s 2 3s 1
理想低通高通滤波器幅频特性
6
带通滤波器BPF （Band-Pass Filter） 带阻滤波器BEF （Band-Elimination Filter）
理想带通带阻滤波器幅频特性
7
全通滤波器APF (All-Pass Filter)
H 1
< H t0
也称延时滤波器。延时均衡器和宽带90 ° 相移网络都是全通滤波器的例子。

第2章 运放参数与有源滤波器PPT教学课件

输入偏置电流通过输入端连接的外电阻起作用，例如，如果运放外引脚的电阻 为100k，输入偏置电流为100nA，则在外电阻上将有10mV的压降，该压降就像在输 入端加一个误差电压源，误差电压源的电压被放大，引起输出误差。对于CMOS输入 结构运放来说，若输入偏置电流为100pA，则100k电阻上的压降只有10μV，在大部 分情况下，该压降可以忽略。
第2章 运放参数与单电源运放
本章介绍实际运放的参数与单电源运放，目的是使初学者能够读懂运放 数据手册，并能正确使用运放，特别是使用单电源运放。
2020/12/10
1
2.1运放直流参数介绍
1.理想运放
在模拟电路教科书上，理想运放如图2-1所示。其中VIN-为反相输入，VIN+为同相输入， VO为输出，电源VDD、VSS也常用VCC、VEE表示。
.
VIN
.
C1 10 0n F
R113 0k ΩR288 7k Ω
A 2.2 nF C2
VOUT .
2020/12/10
图2-4有源滤波器电路电路
.
6
4. 开环增益AOL
运放的开环增益是输出电压信号与输入信号之差的比值。理想情况下的开环 增益是无穷大。但实际上，由于开环增益是有限值，所以输出电压的变化ΔVOUT 除以开环增益就是输入端的电压变化ΔV，如下式表示：
失调电压随温度变化而变化，称为失调电压温漂，单位为μV/℃或是mV/℃。
例如对于CMOS运放MCP601的失调电压为2mV，失调电压温漂2.5μV/℃。
每一个运放的输入失调电压都不同，但是对于一个运放来说是一个固定值。在闭环放大倍
数很小时，失调电压对放大器没有多大影响，但是对于闭环放大倍数很大的放大器来说，将减小 动态输出范围。
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前馈网络
反馈网络
23
23
第10章 单运放二次型有源滤波电路
s HFF(s)s2R2 1C1R31C2R3 1 R C 11 C 1 R1 1C1sR1R R2 1R 3C R1 2C2
s HFB(s)s2R2 1C1R31C2R3 1 R C 21 C 1 R1 1C1sR1R R2 1R 3C R1 2C2
sR21C1
1 R2C2
R1R21C1C2
AP
35
35
k1 k2
1
R1 R2
1
C2 C1
第10章 单运放二次型有源s2
1 R1R2C1C2
s2
s
1 R2C1
1 R2C2
R1R21C1C2
36
36
第10章 单运放二次型有源滤波电路
10.10 单运放二次型通用滤波器
1 1 k1R1C2
R1R21C1C2
33
33
10.9 全通滤波器
第10章 单运放二次型有源滤波电路
带通
k1
R5 R4 R5
k2
R7 R6 R7
k 2 V 1 V 3 k 1 V 1 H F F V 2 H F B
H (s)V 2(s)k2D (s)k1N F F(s)
V 1(s)
N F B(s)
38
38
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H3 (s)
V3 V4
V1V2 0
k 1 V 1 H F F V 2 H F B k 3 V 1 H 3 V 3
V
V
V3
k2V1
r1
r2 r2
V2
r1
r1 r2
1 k2
V2
1
1 k2
V1
39
39
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H(s)
k1HFF
6个元件满 足2个方程
多方 案
ks
H(s)
R1C1
s2R11C1R31C2R3 1C11 R 2C k1sR1R R2 1R 3C R1 2C2
比较灵敏度
24
24
第10章 单运放二次型有源滤波电路
10.6 实现虚轴上的传输零点
定
带阻滤波器
性
存在于
椭圆函数逼近的低通、高通滤波器
双T型RC网络
虚轴上的传输零点
p2 p s
Qp
p2
RC CR变换
低通 滤波器
低通滤波器
电阻 电容
R
C
高通滤波器
截止频率、过渡比相同
第10章 单运放二次型有源滤波电路
高通 滤波器
s2
HHP (s)
s2
p
Qp
s
p2
1
R p 电容
1
C p 电阻
CR RC变换
22
22
10.5 正反馈结构的带通电路
Sallen－Key带通电路
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H(s)V2(s) kNFF(s) V1(s) D (s)kNFB(s)
好处显著
高Q，元件参数低分散，灵敏度低
32
32
第10章 单运放二次型有源滤波电路
R2
Qp
R1 C2 C1 1 R2
C1
C1 C2 k 1 R1 C2
减小，Q 增大
s 1
H(s)
R1C2(11k)
s2 sR21C1 R21C2
p2
2 p
9
9
第10章 单运放二次型有源滤波电路
10.2 单运放二次型电路的基本结构
实现结构：各种正反馈、负反馈电路
负反馈电路
传输零点
正反馈电路
10
10
第10章 单运放二次型有源滤波电路
运放
前馈函数
HFF
(s)
V3(s) V1(s)
V2
0
反馈函数
HFB
(s)
V3 V2
(s) (s)
V10
11
11
第10章 单运放二次型有源滤波电路
负反馈电路
传输零点 V 3 ( s ) H F F ( s ) V 1 ( s ) H F B ( s ) V 2 ( s ) V 2(s)A V 3(s) H (s) V2(s) AH FF (s) V1(s) 1 A H FB (s)
当 A D F F (s ) D F B (s ) D (s )
s2
D(s) 次数为 n
HHP(s)
H0
s2
p
Qp
s
p2
带通
n
HBP (s)
H0s2 D(s)
D(s) 次数为 n 偶数
HBP(s)
H0
s2
s
p
Qp
sp2
8
8
第10章 单运放二次型有源滤波电路
带阻
HBR(s)
H0
s2
s2 z2
p
Qp
sp2
延迟均衡器
H AP (s)
H0
s2 s2
p
Qp
p
Qp
s s
34
34
第10章 单运放二次型有源滤波电路
H(s)
k2
s2
sR21C1
1 R2C2
1k1k2 R1C2
R1R21C1C2
s2
s
1 R2C1
1 R2C2
R1R21C1C2
k2 k1
12 R1 R2
1CC12
k2 H(s)
s2
sR21C1
1 R2C2
R1R21C1C2
s2
k3H3 k2(11k)
1 k
HFB
40
40
小结
第10章 单运放二次型有源滤波电路
RC有源滤波器综合常用的方法有：级联法、无源模拟法 和直接法，其中级联法被广泛使用在工业界。在级联法中， 基本组成单元是双二次函数，双二次函数存在多种有源实现
方式。实现一个双二次函数的网络单元通常称为双二次节，
各个双二次节可以分开调整而相互不受影响。
左半平 面任意
极点
16
16
第10章 单运放二次型有源滤波电路
10.3 萨伦－凯（Sallen－Key）电路
低通滤波器
前馈网络
反馈网络
17
17
第10章 单运放二次型有源滤波电路
1 HFF(s)s2R21C1R11C R11C1RR22C 1C22sR1C11R2C2
s HFB(s)s2R21C1R11C1R2C R221C2sR1C11R2C2
10.1 概述
RC有源滤波器
由运放、电阻、电容构成，无电感 1960 年
优点
重量、体积小，集成电路工艺，全部工序自动化
寄生效应 性能、可靠性
缺点
带宽有限 供电电源
高 灵敏度
无源滤波器
低
寄生效应
500MHz
2
2
第10章 单运放二次型有源滤波电路
实现方法
模拟法 灵敏度低
直接实现 H(s)作为整体来实现 非模拟法
带通
佛伦德电路（Friend)
SAB STAR
LP ×
HP BP BR AP √ 最少电容，灵敏度低，经济 最好的一种电路
37
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第10章 单运放二次型有源滤波电路
r1
R6 R7 R6 R7
k1
R5 R4 R5
k2
R7 R6 R7
k3
R9 R8 R9
R1
R4 R5 R4 R5
R3
R8 R9 R8 R9
30
30
第10章 单运放二次型有源滤波电路
s 1
H(s)
R1C2
s2
sR21C1
1 R2C2
R1R21C1C2
3参数
p
1 R1R2C1C2
Qp
R2 R1
C2 C1
C1
C2
H0
1 R1C2
31
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第10章 单运放二次型有源滤波电路
在负反馈结构中应用正反馈
Q值加强法
Delyiannis 德利雅尼斯首先提出
双二次函数可以由零点频率、极点频率、零点Q 值和极点Q 值等参数表征 。根据这些参数的不同，双二次函数可以分为低 通、高通、带通、带阻和全通函数。
41
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第10章 单运放二次型有源滤波电路
单运放双二次节可以分为两个基本类型：负反馈拓扑和正
反馈拓扑结构。在双二次节设计中，常常只需要满足零极点的 要求，而让增益系数浮动，最后调整电路的增益系数。
极点
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桥式RC网络
第10章 单运放二次型有源滤波电路
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第10章 单运放二次型有源滤波电路
正反馈电路
k r2 r1 r1
V 3 H F F ( s ) V 1 H F B ( s ) V 2
V2 kV4
V 2AV 3V 4
H (s)
V2 (s) V1 ( s )
1
AH FF (s)
6
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第10章 单运放二次型有源滤波电路
二次型的基本形式
H(s)H0ss22 ab1 1ss b a00
H
0
s2 s2
( z
Qz
( p
Qp
)s )s
2 z
2 p
HLP(s)
H0 D(s)
HLP(s)
s2
H0
p s
Qp
p2
低通
7
7
第10章 单运放二次型有源滤波电路