2022-2023学年高二物理竞赛课件：运算电路与有源滤波器的比较

运算电路与有源滤波器的比较 运算电路与有源滤波器的比较 相同之处 引入深度负反馈，集成运放均工作在线性区。 “虚短”和“虚断” ，均可用节点电流法求解。 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时测量uo与ui关系，后者是在ui幅值不变情况下uo幅值与ui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 hw 2 学会识别有源滤波电路。 二阶有源高通滤波电路 8 C R1 Rf R C R · · 通带增益： Auf = 1 + Rf / R1 Q = 1/(3 - Auf) f / fn 0 -3 -10 -20 10 -30 -40 Q = 0.707 Q = 1 Q = 2 Q = 5 1 · 滤波器特性与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性较平坦 当f ＜＜ fn时，幅频特性曲线的斜率为+40dB/dec 有源带通滤波电路(BPF—Band Pass Filter) 构成思路： f fH f fL f fL fH · f0 fH > fL · 8 C R1 Rf R C1 R3 R2 · LPF BPF 要求 R3 C1 > RC 中心频率： 等效品质因素： Q = 1/(3 - Auf) 通频带： BW = f0 /Q 最大电压增益： Au0 = Auf /(3 - Auf) = 2R = C = R 8 C R1 Rf R C1 R3 R2 · · 例 已知 R = 7.96 k，C = 0.01 F， R3 = 15.92 k，R1= 24.3 k，Rf = 46.2 k. 求该电路的中心频率、带宽 BW及通带最大增益 Au0。 [解] Q = 1/(3 - Auf) = 1/(3 - 2.9) = 10 BW = f0 /Q = 2 000 /10 = 200 (Hz) Au0 = Auf /(3 - Auf) = 2.9 /(3 - 2.9 ) = 29 8 C R1 Rf R C1 R3 R2 · · 可由低通和高通并联得到 必须满足 有源带阻滤波器 比较 推导和结论见书p371~372 （2）判断电路的同相输入端和反相输入端 接法 输入 输出 相位 共射 b c 反相 共集 b e 同相 共基 e c 同相 ＋ － － ＋ ＋ 整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。 ＋ 同相 输入端 反相 输入端 继续 讨论: 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f ＝104Hz 时，附加相移φ’＝？ 4. fH＝？ 已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题： 继续 9 1. 为几级放大电路? 在高频段斜率为-60dB/十倍频，为三级放大。 2. 耦合方式? 该放大电路对低频直流信号仍能放大，应为直接耦合 3. 在 f ＝104Hz 时，附加相移φ’＝？ 为-45°×3°＝－135° 4. fH＝？ 自看： p243例题 .1 hw 该电路的上限频率仅约为0.52×104Hz！说明波特图折线化后在这里所产生的误差。 fc f0 电路稳定 Gm 幅值裕度 φm 相位裕度 Gm≤－10dB，且φm≥45º，负反馈放大电路才具有可靠的稳定性 继续 本章小结 1．将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定的方式送回到输入回路的过程称为反馈。 2．电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。 3．负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为： 4．负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制噪声，扩展频带，改变输入、输出电阻等。 5．在深负反馈条件下，可用 或“虚短” “虚断”法估算电路的闭环增益。 继续 O A0 A0 A2 A1 A0 ( 阻带 阻碍阴 (1 通带 测评 通带 阻碍阴 阻带 阻碍阴 通带 测评 通带 阻碍阴 阻带 阻碍阴 通带 测评 通带 阻碍阴 O O (1 ( (2 ( A (2 通带 测评 通带 阻碍阴 $