2022-2023学年高二物理竞赛课件：有源集成滤波器

有源集成滤波器 有源集成滤波器 1. 状态变量型有源集成滤波器 将运放制作成单独的微分器和积分器，然后用加法器进行合成，构成状态变量型滤波器。这种结构的电路使用运放较多，但具有很好的稳定性，更重要的是电路的状态易于调整。状态变量型滤波电路常用来制作集成的有源滤波器芯片，如National公司的AF100和AF150、Burr-Brown公司的UAF系列。 AF100的典型应用电路 有源滤波电路 有源集成滤波器 2.双二阶型集成有源滤波器 MAX275是美国MAXIM公司生产的通用型双二阶有源滤波器。它内含两个独立的二阶有源滤波电路，可分别同时进行低通和带通滤波，也可通过级联实现四阶低通或带通滤波，中心频率／ 截止频率可达300kHz。 MAX275内部电路 MAX275的典型应用电路 开关电容滤波器 图所示为开关电容的原理结构图，其中C为MOS电容，SW1和SW2为模拟开关。驱动模拟开关的两相时钟互补，使SW1和SW2在一个时钟周期T内交替导通。 开关电容的原理结构图 1. 开关电容工作原理 开关电容滤波器 2. 一阶开关电容低通滤波器 （a）滤波电路 （b）等效电路 电路的传递函数为 表明电压增益只是取决于模拟开关的驱动周期和电容比。但是开关电容滤波器比传统有源滤波器的输出噪声高，另外中心频率与Q值的乘积受限。 开关电容滤波器 3. 集成开关电容滤波器 常见的集成开关电容滤波器包括： （1）通用型开关电容滤波器 （2）可由微处理器程控的通用开关电容滤波器 （3）可引脚编程的通用开关电容滤波器 （4）专用的开关电容滤波器芯片 信号变换电路 电压-电流变换电路 电压-电流变换电路如图所示，其中A1构成同相比例运算电路，A2构成电压跟随器。利用电压叠加原理得 电压-电流变换电路 实现了电压 到电流 的转换 信号变换电路 电流-电压变换电路 所示的电流-电压转换电路中，引入了电压并联负反馈。由于电路的输出电阻很低，所以输出电压几乎不受负载变化的影响。对于理想运放，依据“虚短”、“虚断”原则，得出下列关系式 电流-电压变换电路 实际应用电路中，运放的偏置电流、偏置电压、电流源内阻都将引入转换误差。 信号变换电路 精密全波整流电路 精密全波整流电路 由于集成运放为反相输入形式 时，集成运放A1输出将小于零，二极管D2导通，D1截止，A1构成的精密半波整流电路实现反相比例运算，有 时，集成运放A1输出将大于零，二极管D1导通，D2截止，A1构成的精密半波整流电路输出电压 。 由加法运算电路的分析结果，知 电路又称为绝对值运算电路。电路中各输入输出波形之间的关系如图所示。 精密全波整流电路输入输出波形 - + - + - + - + R2 R4 R5 C1 C2 A1 A2 A3 A4 � � � � � - + A1 - + A3 - + A2 - + A FC Rx Ry Uo1(s) 79.575pF C1 Uo2(s) R3 R4 79.575pF Uo3(s) LPI Uo4(s) R2 C2 BPO BPI LPO � � a1� 1� a2� 2� 3� a3� 4� a4� b1� b2� b3� b4� 5� 6� 7� 8� Vcc1� GND� 0� 0� GND� 0� 0� Vcc2� � � � � a1� 1� a2� 2� 3� a3� 4� a4� b1� b2� b3� b4� 5� 6� 7� 8� Vcc1� GND� 0� 0� GND� 0� 0� Vcc2� � � � � INA� 8� BPOA� 4 INB� BPOB� 14� 18� LPIA� 6 BPIA� 7� 2� LPOA� 9� FCA� LPIB� BPIB� LPOB� FCB� 16� 15� 19� 12� 11 � V- V+ 3 5 10 17 -5V +5V 20 R1A R3A R1B R4A R2A R3B R4B R2B u1A u1B uOBPA uOBPB uOLPA uOLPB MAX275 + + SW2 C SW1 u1 u2 - - SW2 C1 SW1 ui SW2 C2 SW1 + A - uO C R1 R2 ui + A - uO C - + uI uO1 A1 R R R R Ro - + A2 uO2 io RL - + Rf RL iF iS uO A R - + uI uO1 A1 R1 2R D1 R D2 - + uO A2 R R