9信号处理与信号产生电路 9.1滤波电路的基本概念与分类 9.2一阶有源滤波电路 9.3高阶有源滤波电路 9.4正弦波振荡电路的振荡条件 9.5RC正弦波振荡电路 9.6LC正弦波振荡电路
9.4 正弦波振荡电路的振荡条件 9.5 RC正弦波振荡电路 9.6 LC正弦波振荡电路 9.1 滤波电路的基本概念与分类 9.2 一阶有源滤波电路 9.3 高阶有源滤波电路
9.1滤波电路的基本概念与分类 一、滤波的定义： 使有用频率信号通过、阻碍无用频率信号。 二、滤波电路的分类： 1.按信号性质分类：模拟滤波器和数字滤波器 2.按所用元件分类： 无源滤波器由无源元件R、L、C组成。 有源滤波器由无源元件R、C和有源元件集成运放组成。 3.按阶数分类：一阶，二阶.高阶 4.按通带、阻带分类： 低通滤波器(LPF): 高通滤波器(HPF); 带通滤波器(BPF); 带阻滤波器(BEF): 全通滤波器(APF);
二、滤波电路的分类： 1. 按信号性质分类： 4. 按通带、阻带分类: 2. 按所用元件分类： 9.1 滤波电路的基本概念与分类 3. 按阶数分类: 一阶，二阶 . 高阶 一、滤波的定义： 使有用频率信号通过、阻碍无用频率信号。 模拟滤波器和数字滤波器 无源滤波器： 有源滤波器： 由无源元件R、L、C组成。 由无源元件R、C和有源元件集成运放组成。 低通滤波器（LPF）； 高通滤波器（HPF）； 带通滤波器（BPF）； 带阻滤波器（BEF）； 全通滤波器（APF）；
滤波器的应用实例 LPF 低频 喇叭 音频信号 BPF 中频 喇叭 HPF 高频 喇叭
LPF BPF 低频 喇叭 中频 喇叭 高频 喇叭 音频信号 滤波器的应用实例 HPF
三、滤波器的幅频特性 1、滤波器的传递函数为： Vi(j@) V。(jo） 滤波器 A(jo)= .Uo）-4jo)∠(o) ;(jo) 2、四种典型的幅频特性 理想 Ajo)↑ 理想 A(jo) 实际 HPF LPF 实际 HPF LPF 理想 理想 实际 A(jo) A(j) BEF BPF BEF 实际 BPF
三、滤波器的幅频特性 2、四种典型的幅频特性 1、滤波器的传递函数为： A j ( ) A j ( ) A j ( ) A j ( ) 理想 LPF 理想 HPF 理想 BPF 理想 BEF 实际 LPF 实际 HPF 实际 BPF 实际 BEF V j i( ) • 滤波器 （ ） • V o j ( ) ( ) ( ) = ( )() = • • • A j V j V j A j i o
四、无源滤波器与有源滤波器的区别： 无源滤波器常用于电力系统：有源滤波器：常用于电子电路 1.由于使用电感元件，体积：1.不使用电感件，体积小重量轻； 大、重量重； :2.由于电源的能量补偿，效率高： 2.效率低； 3.在运放中可加电压串联负反馈， 3.由于负载效应，级联能力差 使输入电阻高、输出电阻低，故 4.不能对信号进行放大 只需把几个低阶滤波电路串起来 5.幅频特性不理想，边沿不陡 就可构成高阶滤波电路，无需考 6.可在高电压、大电流情况 虑级间影响，级联能力强； 下使用； °4.除滤波外，还可放大信号； 7.使用时不需外接直流电源。 5.幅频特性较理想，边沿较陡； 8.可靠性较好； :5.不宜在高电压大电流情况下使用 。6.使用时需外接直流电源。 。7.可靠性较差
四、无源滤波器与有源滤波器的区别： 无源滤波器： 有源滤波器： 3. 由于负载效应，级联能力差； 4. 不能对信号进行放大； 5. 幅频特性不理想，边沿不陡； 1. 不使用电感件，体积小重量轻； 3. 在运放中可加电压串联负反馈， 使输入电阻高、输出电阻低，故 只需把几个低阶滤波电路串起来 就可构成高阶滤波电路，无需考 虑级间影响，级联能力强； 4. 除滤波外，还可放大信号； 5. 不宜在高电压大电流情况下使用。 8. 可靠性较好； 6. 使用时需外接直流电源。 1. 由于使用电感元件，体积 大、重量重； 2. 效率低； 6. 可在高电压、大电流情况 下使用； 7. 可靠性较差。 7. 使用时不需外接直流电源。 2. 由于电源的能量补偿，效率高； 5. 幅频特性较理想，边沿较陡； 常用于电力系统 常用于电子电路
9.2一阶有源滤波器 一阶有源低通滤波器 幅频特性：令： RC 4(jo)=(1+ 1+ H 其中 Amax =(1+ Ya(jo) .0o=1+ R+ joC R V.(jo) 1+joRC 4Ao)= V.(jo) 1+3 .(0o) R 1+joRC 传递函数中出现o的一次项，故 一 阶滤波器幅频特性曲线 称为一阶滤波器。 边沿平滑，滤波效果差
一、一阶有源低通滤波器 传递函数中出现的一次项，故 称为一阶滤波器。 v vo i R R1 + - RL Rf C 1 j C 1 2 1 ( ) (1 ) 1 ( ) F H R A j R = + + 幅频特性： 1 H RC 令： = 1 H RC = max 1 2 A A j ( ) Amax 9.2 一阶有源滤波器 一阶滤波器幅频特性曲线 边沿平滑，滤波效果差。 max 1 (1 ) RF A R 其中： = + ( ) • V i j ( ) • V o j ( ) ( ) + = + • • V j j C R j C R R V j i F o 1 1 1 1 ( ) + = + • V j R j RC R i F 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) R j RC R V j V j A j F i o + = + = • • • 1 1 1 1
二、一阶有源高通滤波器 幅频特性： Aj@)=(1+ + A(j) V(jo) 1 ,(Uo) 令：0= j@RC RC V.(jo 1+） 阶滤波器幅频特性曲线 ,(o 边沿平滑，滤波效果差
A j ( ) 0 L 二、一阶有源高通滤波器 vi C vo 1 j C 1 2 1 ( ) (1 ) 1 ( ) F L R A j R = + + 幅频特性： 1 L RC 令： = 一阶滤波器幅频特性曲线 边沿平滑，滤波效果差。 R R1 + - RL Rf ( ) • V i j ( ) • V o j ( ) ( ) + = + • • V j j C R R R R V j i F o 1 1 1 ( ) + = + • V j j RC R R i F 1 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) − = + = • • • L F i o j R R V j V j A j 1 1 1 1
9.3高阶有源滤波器 以二阶有源低通滤波器为例 R V.RW 1/joC立4三 v R+1/joC 1+joRC -==V+'-。 R R 1/joC 解出： 其中 Aj)= Vo 1 = Q。 (3-AE) 传递函数中出现ω的二次项，故称为二阶滤波器
解出： 1 (3 ) F Q A = − 1 C RC = 其中： 以二阶有源低通滤波器为例 传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器。 9.3 高阶有源滤波器 VA . Vp . 1 j C 1 j C C C P F o V R R V • • = + 1 1 P A V A j RC V R / j C / j C V • • • + = + = 1 1 1 1 / j C V V R V V R Vi VA A P A O − + − = − 1 ( ) C C F i o Q j A V V A j + − = • = • 2 1 R R1 RF R + - V i • V o •
'A@)= A V ∴.A(j@= A(jo - 理想 一阶 低通 低通 二阶 低通 0 阶数越高，幅频特性曲线的边沿越陡，越接近理想滤波器
2 2 2 ( ) 1 ( ) ( ) F C C A A j Q = − + c A j ( ) 0 一阶 低通 二阶 低通 理想 低通 阶数越高，幅频特性曲线的边沿越陡，越接近理想滤波器。 ( ) C C F i o Q j A V V A j + − = • = • 2 1
9.4正弦波振荡电路的振荡条件 1.振荡条件 基本放大 正反馈放大电路框图 电路A (注意与负反馈方框图的差别) 文=文+， 反馈网络 户 若环路增益A疗=1则文，=水， 去掉文，文仍有稳定的输出。 又AF=AF∠p,+p,=AF∠p+p: 所以振荡条件为 「A()F(o)=1 振幅平衡条件 p(o)+p(⊙)=2nm相位平衡条件
9.4 正弦波振荡电路的振荡条件 正反馈放大电路框图 （注意与负反馈方框图的差别） 1. 振荡条件 Xa Xi Xf = + 若环路增益 AF = 1 则 X a = X f ， 去掉 X i ， Xo 仍有稳定的输出。 又 AF = AF a + f = AF a + f 所以振荡条件为 A() F() = 1 振幅平衡条件 a () +f () = 2nπ 相位平衡条件