高通 低通 滤波器

来源:互联网 发布:淘宝css代码生成器 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 18:34

在低通情况下,滤波器输出滞后于输入(负相移);在高通情况下,输出领先于输入(正相移)。

上积分 、低通通??


高通 低通 滤波器


图7示出另外一种结构。该电路增加了一个并联电阻,对积分电容进行连续放电,从根本上来说它是一个有损耗的积分器。其中心频率同样是1/(2πRC)。因为该放大器是以反相模式工作的,故反相模式将在相移特性上引入附加的180°相位。图2示出了输入-输出的相位差随频率的变化,其中包括了放大器引入的反相(右轴)。该响应特性将被称为反相的、一阶、低通响应。



图7. 利用工作在反相模式的运放搭建的有源、单极点、低通滤波器

上面所示的电路可以衰减高频分量而通过低频分量,均属于低通滤波器。可以通过高频分量的电路则与之类似。图8示出一个无源的一阶、高通滤波器电路结构,其相位随着归一化频率的变化特性则示于图3中(同相响应)。



图8. 无源高通滤波器

图3(左轴)的曲线被称为同相、一阶、高通响应特性。该高通滤波器的有源电路示于图9中。其相位随频率的变化示于图3中(右轴)。这将被称为反相、一阶、高通响应。



图9. 有源、单极点、高通滤波器

二阶滤波器段

二阶滤波器有各式各样的电路结构。这里要讨论的是Sallen-Key、多路反馈、状态变量结构,及其类似的双二阶滤波结构。它们是最常见的结构,而且与本文的内容相关。关于各种不同结构的更为完整的信息可参见文后的参考文献。

Sallen-Key低通滤波器
广泛使用的Sallen-Key结构也被称为电压控制电压源(VCVS)型,是MIT的林肯实验室(参见文献3)的R.P. Sallen和 E.L. Key于1955年提出的结构。图10示出了一个Sallen-Key二阶低通滤波器的电路原理图。这一结构受到广泛欢迎的一个原因是它的性能基本与运放的性能无关,因为放大器主要作为一个缓冲器来使用。由于在基本的Sallen-Key电路中,连接成跟随器的运放并不用于产生电压增益,故对它的增益-带宽要求并不重要。这意味着,对于给定的运放带宽而言,与运放的动态特性受到可变反馈环路特性影响的那些电路结构相比,利用这一固定的(单位)增益可以设计出频率更高的滤波器。通过滤波器后,信号的相位保持不变(同相结构)。图4示出一个Q=0.707(或者,阻尼比α=1/Q=1.414——Butterworth响应特性)的Sallen-Key低通滤波器的相移-频率关系图。为了简化比较,这将作为下面所考虑的二阶滤波器段的性能标准。



图10. 2极点、Sallen-Key低通滤波器

Sallen-Key高通滤波器
通过互换决定频率网络上的电容和电阻的位置,可将Sallan-Key低通电路变换为高通结构,正如图11所示的那样,而且同样采用单位增益的缓冲器。其相移-频率关系示于图5中(左轴)。这是同相、二阶、高通响应。



图11. 2极点、Sallen-Key高通滤波器

Sallen-Key滤波器的放大器增益可以通过在运放反相输入上连接一个电阻衰减器组成的反馈网络来提高。不过,改变增益将影响到决定频率网络的表达式,而且需要重新计算元件的值。该放大器的动态特性也需要更严格的考察,因为它们在环路中引入了增益。

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