带通滤波器
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1 的正弦波 2 πRC
Av
电路可以输出频率为 f 0
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
4. 稳幅措施
4. 稳幅措施
选频网络
热敏电阻
放大电路
采用非线性元件 热敏元件
Z1 R C + Z2 R C + A - R1
F V
Rf
A V
Rf 起振时, AV 1 3 R1 即 AV FV 1
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
AVP
补充
• 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”对比,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?…?) • 设计时,先选中滤波器电路形式(无限增益多路 反馈型?…?),再选电容器参数,然后根据 题目要 求的 参数,依其公式便可设计出其它电 路参数。
2 o
补充:关于Q与通频带宽度的关系
AVP K ( j ) n 2 2 2f 2 2 1 Q ( ) 1 Q ( ) fo n 在截止频率f L与f H 点, AVP AVP K ( j0.7 ) 2 2 2f 0.7 2 1 Q ( ) fo 2f 0.7 Q 1, fo 2f 0.7 fo Q
3
f
90 60 30 0 0.1 1 -30 -60 -90 (b) 10
当 0 1 或 f f0 1 RC 2πRC 幅频响应有最大值
FVmax 1 3
/ 0
相频响应 f 0
3. 振荡电路工作原理
1 当 0 时, f 0 RC
GS
AV
AV 3
RDS
可变电阻区, 斜率随vGS不同 而变化
0.3 F
T CS146
R2 2.4k
C21
C22
C23
iD
AV FV 1 稳幅
vGS=0V -1V -2V -3V vDS
4. 稳幅措施
采用非线性元件
二极管 起振时
R2 R3 AV 1 3 R1
是R3、D1和D2并 其 中R3 联支路的等效电阻
热敏电阻的作用
V o I o
V O
V V i f
= -
Rf 功耗 AV 3
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施
采用非线性元件
场效应管(JFET) D 、R4 、C 3 整流滤波 T 为压控电阻 Rp3 AV 1 3 R3 RDS 稳幅原理 V V (负值)
# 振荡电路是单口网络,无须输入信号就能起振,起振的 信号源来自何处? 电路器件内部噪声以及电源接通扰动 噪声中,满足相位平衡条件的某一频率 0的噪声信号被 放大,成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时,就要限制它继续增 加,否则波形将出现失真。
稳幅的作用就是,当输出信号幅值增加到一定程度时, 使振幅平衡条件从 AF 1 回到 AF 1 。
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 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)
X X X a i f X , 仍有稳定的输出。 ,X F 1 则 X 去掉 X 若环路增益 A a f o i
F F A AF 又A a f a f
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 开关电容滤波器 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路
补充:电子信息系统框图
电子信息系统
第七章 传感器 接收器 隔离、滤 波、放大 第九章 运算、转 换、比较 信号的产生 A/D转换 功放 第八章 执行机构
反馈网络 F
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 稳幅措施 5. 移相式正弦波振荡电路
1. 电路组成
RC桥式振荡电路 反馈网络兼做选频 网络
选频网络 放大电路
Z1
R C
F V
Rf + + A - R1
A V
V O
Z2
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
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
+ Xf Xa 放大电路 A Xo
a ( ) f ( ) 2nπ
反馈网络 F
R
C
V V i f
= -
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV ( s ) Vf ( s ) Z2 sCR Vo ( s ) Z1 Z 2 1 3 sCR ( sCR )2 1 且令 0 又 s j RC 1 F 则 V 0 3 j( ) 0 1 幅频响应 FV 0 2 2 3 ( )
补充:无源滤波器
无源滤波器(即仅由R、L、C等元件组成而无放大器的滤波器)
补充:理想滤波器
理想滤波器的传递函数:
n的阶次即滤波器的阶次,阶次越高,越逼近理想 。分子分母都可以分解为若干个二次多项式(和一个 一次多项式, n为奇数)之积的形式。所以,只要会 设计一阶、二阶滤波器,串联起来就是多阶滤波器。
补充:二阶滤波器的通式
其中Q为品质因数;α=1/ Q称为阻尼系数; ωn为特征角频率,对于带通和带阻滤波器是 中心频率; Avp是通带增益。
•对于实际频率来说S=jω 。 •对于低通、高通,其通式很容易理解。 •对于带通和带阻:Q=ω 0/B
f0
f0
补充:按滤波器性能分类
按滤波性能分类,滤波器又可分为:
o
C11 0.003 F Rp2 27k C12
Rp1 27k R1 2.4k
0.003 F
C13 0.3 F + A - Rp3 6.8 k R3 1k RP4 2.4k R5 10 k C3 10 F + vO D 稳幅环节
2CP11 R4 1 k
0.003 F
0.03 F
信号的 提取
电子信息系统 的供电电源 第十章
信号的 预处理
信号的 加工
信号的驱 动与执行
A/D转换
计算机或其 它数字系统
D/A转换
复习
1. 滤波电路的功能
使指定频段的信号顺利通过,其它频率的信号被衰减。
2. 滤波电路的种类
低通滤波器(LPF) 通带放大倍数 理想幅频特性 无过渡带
下降速率 、A ( fP、下降速率)。 用幅频特性描述滤波特性,要研究 A up u
补充:按滤波器性能分类
补充:按滤波器性能分类
补充:关于Q与通频带宽度的关系
f0
补充:关于Q与通频带宽度的关系
( n )( n ) n n n n
2 2 n
在通带内,与n相比, ( n )很小,所以
n 2o,n , n n 2 o 2 2f 2 n o o fo
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
a ( ) f ( ) 2nπ
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
3. 振荡电路基本组成部分
放大电路(包括负反馈放大电路) 反馈网络(构成正反馈的)
选频网络(选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反 馈网络合二为一。)
稳幅环节
Xa + Xf 放大电路 A Xo
相频响应 f arctg
0 ( 0) 0
3
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV 1
f arctg
0 2 3 ( ) 0 0 ( ) 0
2
FV 0.4 0.3 0.2Baidu Nhomakorabea0.1 0.1 0 1 (a)
1 3
10
/ 0
• 不同之处
– 运算电路研究的是时域问题,有源滤波电路研究的 是频域问题;测试时,前者是在输入信号频率不变 或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅 值的关系,后者是在输入电压幅值不变的情况下测 量输出电压幅值与输入电压频率的关系。 – 运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的 关系,有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述 滤波特性。
通带截止频率
复习
3、理想滤波器的幅频特性
高通滤波器(HPF)
阻容耦合
带通滤波器(BPF)
通信电路
带阻滤波器(BEF))
抗已知频率的干扰
全通滤波器(APF))
f-φ转换
补充:运算电路与有源滤波器的比较
• 相同之处
– 电路中均引入深度负反馈,因而集成运放均工作在 线性区。 – 均具有“虚短”和“虚断”的特点,均可用节点电 流法求解电路。
作业
证明如图所示电路为带通滤波器。设计这个滤 波器,使其中心频率为1KHz,通频带宽度为 100Hz,通带内放大倍数为10。要求计算出各 个电阻与电容参数。图中运放选用μA741是否 可行?为什么?
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 开关电容滤波器 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路
稳幅环节
稳幅原理
V o
R3
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
讨论
不符合相位条件
不符合幅值条件
1)是否可用共射放大电路? 2)是否可用共集放大电路? 3)是否可用共基放大电路? 4)是否可用两级共射放大电路?
输入电阻小、输出 电阻大,影响f0 可引入电压串联负反馈,使 电压放大倍数大于3,且Ri大、 Ro小,对f0影响小
例题分析
例题分析
滤波器设计:1、电容的选取
fc(Hz) C 1~10 20~1 μF 10~102 1~0.1 μF 102~103 103~104 104~105 105~106 0.1~0.01 104~103 103~102 102~10 μF pF pF pF
2、由 取 R3=R4=R 则可由设计要求的fn选取 C ,并求得R; 再由设计要求的Avp求得R1;由设计要求的Q求得R2。 由上面的公式可以看出,调整C,可以单独调整fn, 对Avp和Q无引响;调整R1可以单独调整 Avp ;调整 R2可以单独调整 Q。这是该类滤波器的优点。
Z1
选频网络
放大电路
(+)
R C + Z2 R C + A - R1
F V
Rf
A V
V O
断开环路某一点,用瞬时 极性法判断可知,电路满足相 位平衡条件: a f 2nπ
V V i f
= -
此时若放大电路的电压增益为 AV 1 Rf 3 R1 则振荡电路满足振幅平衡条件 AV FV 3 1 1 3
Av
电路可以输出频率为 f 0
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
4. 稳幅措施
4. 稳幅措施
选频网络
热敏电阻
放大电路
采用非线性元件 热敏元件
Z1 R C + Z2 R C + A - R1
F V
Rf
A V
Rf 起振时, AV 1 3 R1 即 AV FV 1
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
AVP
补充
• 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”对比,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?…?) • 设计时,先选中滤波器电路形式(无限增益多路 反馈型?…?),再选电容器参数,然后根据 题目要 求的 参数,依其公式便可设计出其它电 路参数。
2 o
补充:关于Q与通频带宽度的关系
AVP K ( j ) n 2 2 2f 2 2 1 Q ( ) 1 Q ( ) fo n 在截止频率f L与f H 点, AVP AVP K ( j0.7 ) 2 2 2f 0.7 2 1 Q ( ) fo 2f 0.7 Q 1, fo 2f 0.7 fo Q
3
f
90 60 30 0 0.1 1 -30 -60 -90 (b) 10
当 0 1 或 f f0 1 RC 2πRC 幅频响应有最大值
FVmax 1 3
/ 0
相频响应 f 0
3. 振荡电路工作原理
1 当 0 时, f 0 RC
GS
AV
AV 3
RDS
可变电阻区, 斜率随vGS不同 而变化
0.3 F
T CS146
R2 2.4k
C21
C22
C23
iD
AV FV 1 稳幅
vGS=0V -1V -2V -3V vDS
4. 稳幅措施
采用非线性元件
二极管 起振时
R2 R3 AV 1 3 R1
是R3、D1和D2并 其 中R3 联支路的等效电阻
热敏电阻的作用
V o I o
V O
V V i f
= -
Rf 功耗 AV 3
Rf 温度
Rf 阻值
AV
AV FV 1 稳幅
4. 稳幅措施
采用非线性元件
场效应管(JFET) D 、R4 、C 3 整流滤波 T 为压控电阻 Rp3 AV 1 3 R3 RDS 稳幅原理 V V (负值)
# 振荡电路是单口网络,无须输入信号就能起振,起振的 信号源来自何处? 电路器件内部噪声以及电源接通扰动 噪声中,满足相位平衡条件的某一频率 0的噪声信号被 放大,成为振荡电路的输出信号。 当输出信号幅值增加到一定程度时,就要限制它继续增 加,否则波形将出现失真。
稳幅的作用就是,当输出信号幅值增加到一定程度时, 使振幅平衡条件从 AF 1 回到 AF 1 。
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 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)
X X X a i f X , 仍有稳定的输出。 ,X F 1 则 X 去掉 X 若环路增益 A a f o i
F F A AF 又A a f a f
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 开关电容滤波器 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路
补充:电子信息系统框图
电子信息系统
第七章 传感器 接收器 隔离、滤 波、放大 第九章 运算、转 换、比较 信号的产生 A/D转换 功放 第八章 执行机构
反馈网络 F
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 稳幅措施 5. 移相式正弦波振荡电路
1. 电路组成
RC桥式振荡电路 反馈网络兼做选频 网络
选频网络 放大电路
Z1
R C
F V
Rf + + A - R1
A V
V O
Z2
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
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
2. 起振和稳幅
起振条件
A( ) F ( ) 1
+ Xf Xa 放大电路 A Xo
a ( ) f ( ) 2nπ
反馈网络 F
R
C
V V i f
= -
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV ( s ) Vf ( s ) Z2 sCR Vo ( s ) Z1 Z 2 1 3 sCR ( sCR )2 1 且令 0 又 s j RC 1 F 则 V 0 3 j( ) 0 1 幅频响应 FV 0 2 2 3 ( )
补充:无源滤波器
无源滤波器(即仅由R、L、C等元件组成而无放大器的滤波器)
补充:理想滤波器
理想滤波器的传递函数:
n的阶次即滤波器的阶次,阶次越高,越逼近理想 。分子分母都可以分解为若干个二次多项式(和一个 一次多项式, n为奇数)之积的形式。所以,只要会 设计一阶、二阶滤波器,串联起来就是多阶滤波器。
补充:二阶滤波器的通式
其中Q为品质因数;α=1/ Q称为阻尼系数; ωn为特征角频率,对于带通和带阻滤波器是 中心频率; Avp是通带增益。
•对于实际频率来说S=jω 。 •对于低通、高通,其通式很容易理解。 •对于带通和带阻:Q=ω 0/B
f0
f0
补充:按滤波器性能分类
按滤波性能分类,滤波器又可分为:
o
C11 0.003 F Rp2 27k C12
Rp1 27k R1 2.4k
0.003 F
C13 0.3 F + A - Rp3 6.8 k R3 1k RP4 2.4k R5 10 k C3 10 F + vO D 稳幅环节
2CP11 R4 1 k
0.003 F
0.03 F
信号的 提取
电子信息系统 的供电电源 第十章
信号的 预处理
信号的 加工
信号的驱 动与执行
A/D转换
计算机或其 它数字系统
D/A转换
复习
1. 滤波电路的功能
使指定频段的信号顺利通过,其它频率的信号被衰减。
2. 滤波电路的种类
低通滤波器(LPF) 通带放大倍数 理想幅频特性 无过渡带
下降速率 、A ( fP、下降速率)。 用幅频特性描述滤波特性,要研究 A up u
补充:按滤波器性能分类
补充:按滤波器性能分类
补充:关于Q与通频带宽度的关系
f0
补充:关于Q与通频带宽度的关系
( n )( n ) n n n n
2 2 n
在通带内,与n相比, ( n )很小,所以
n 2o,n , n n 2 o 2 2f 2 n o o fo
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
a ( ) f ( ) 2nπ
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
3. 振荡电路基本组成部分
放大电路(包括负反馈放大电路) 反馈网络(构成正反馈的)
选频网络(选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反 馈网络合二为一。)
稳幅环节
Xa + Xf 放大电路 A Xo
相频响应 f arctg
0 ( 0) 0
3
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV 1
f arctg
0 2 3 ( ) 0 0 ( ) 0
2
FV 0.4 0.3 0.2Baidu Nhomakorabea0.1 0.1 0 1 (a)
1 3
10
/ 0
• 不同之处
– 运算电路研究的是时域问题,有源滤波电路研究的 是频域问题;测试时,前者是在输入信号频率不变 或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅 值的关系,后者是在输入电压幅值不变的情况下测 量输出电压幅值与输入电压频率的关系。 – 运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的 关系,有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述 滤波特性。
通带截止频率
复习
3、理想滤波器的幅频特性
高通滤波器(HPF)
阻容耦合
带通滤波器(BPF)
通信电路
带阻滤波器(BEF))
抗已知频率的干扰
全通滤波器(APF))
f-φ转换
补充:运算电路与有源滤波器的比较
• 相同之处
– 电路中均引入深度负反馈,因而集成运放均工作在 线性区。 – 均具有“虚短”和“虚断”的特点,均可用节点电 流法求解电路。
作业
证明如图所示电路为带通滤波器。设计这个滤 波器,使其中心频率为1KHz,通频带宽度为 100Hz,通带内放大倍数为10。要求计算出各 个电阻与电容参数。图中运放选用μA741是否 可行?为什么?
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 开关电容滤波器 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路
稳幅环节
稳幅原理
V o
R3
AV
AV 3
AV FV 1 稳幅
讨论
不符合相位条件
不符合幅值条件
1)是否可用共射放大电路? 2)是否可用共集放大电路? 3)是否可用共基放大电路? 4)是否可用两级共射放大电路?
输入电阻小、输出 电阻大,影响f0 可引入电压串联负反馈,使 电压放大倍数大于3,且Ri大、 Ro小,对f0影响小
例题分析
例题分析
滤波器设计:1、电容的选取
fc(Hz) C 1~10 20~1 μF 10~102 1~0.1 μF 102~103 103~104 104~105 105~106 0.1~0.01 104~103 103~102 102~10 μF pF pF pF
2、由 取 R3=R4=R 则可由设计要求的fn选取 C ,并求得R; 再由设计要求的Avp求得R1;由设计要求的Q求得R2。 由上面的公式可以看出,调整C,可以单独调整fn, 对Avp和Q无引响;调整R1可以单独调整 Avp ;调整 R2可以单独调整 Q。这是该类滤波器的优点。
Z1
选频网络
放大电路
(+)
R C + Z2 R C + A - R1
F V
Rf
A V
V O
断开环路某一点,用瞬时 极性法判断可知,电路满足相 位平衡条件: a f 2nπ
V V i f
= -
此时若放大电路的电压增益为 AV 1 Rf 3 R1 则振荡电路满足振幅平衡条件 AV FV 3 1 1 3