单电源运算放大器滤波电路.docx

单电源运算放大器电路应用图集（三）：滤波电路（上） 这节非常深入地介绍了用运放组成的有源滤波器。 在很多情况中，为了阻挡由于虚地引起的直流电平， 在运放的输入 端串入了电容。这个电容实际上是一个高通滤波器， 在某种意义上说，像这样的单电源运放电路都有这样的电容。 设 计者必须确定这个电容的容量必须要比电路中的其他电容器的容量大 100倍以上。这样才可以保证电路的幅频特性 不会受到这个输入电容的影响。如果这个滤波器同时还有放大作用，这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的 1000倍以上。如果输入的信号早就包含了 VCC/2的直流偏置，这个电容就可以省略。 这些电路的输出都包含了 VCC/2的直流偏置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容。 这里有一个有关滤波器设计的协定， 这里的滤波器均采用单电源供电的运放组成。 滤波器的实现很简单，但是以下几 点设计者必须注意： 滤波器的拐点（中心）频率 滤波器电路的增益 带通滤波器和带阻滤波器的的 Q值 低通和高通滤波器的类型 （Butterworth 、Chebyshev、Bessell） 不幸的是要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。 即使可能，由于各个元件之间的负杂互感而导致设 计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。 通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放， 这将根据 设计者可以接受的最大畸变来决定。 或者可以通过几次实验而最终确定下来。 如果设计者希望用最少的元件来实现滤 波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。 3 .1 一阶滤波器 一阶滤波器是最简单的电路，他们有 20dB每倍频的幅频特性 3 .1.1低通滤波器 典型的低通滤波器如图十三所示 AVCC'JVo-utcm 和Win p “ : ?NONINVERTINGFo A VCC'J Vo-ut cm 和 Win p “ : ? NONINVERTING Fo 二 1/(2pRfC1) Gain = 1 * R^R2 Cl Vcc 2 v-—— ?Ver 图十三 3 . 1 . 2高通滤波器 典型的高通滤波器如图十四所示 inverting Fo= 1/(2pR2C1) Gain： - R2/R1 *VccNONINVERTING *Vcc Gain = 1 Fo = 1/(2pR1C1} NONINVERTING Fo 二 1l(2pR1C1) Gain = 1 + R3/R2 图十四 3. 1 . 3文氏滤波器 文氏滤波器对所有的频率都有相同的增益， 但是它可以改变信号的相角，同时也用来做相角修正电路。图十五中的电 路对频率是F的信号有90度的相移，对直流的相移是 0度，对高频的相移是180度。 R1 = R2=R3 = R F<90) = 1/(2pR'C1) R1kJ图十五 R1 kJ 3 ．2 二阶滤波器 二阶滤波电路一般用他们的发明者命名。 他们中的少数几个至今还在使用。 有一些二阶滤波器的拓扑结构可以组成低 通、高通、带通、带阻滤波器，有些则不行。这里没有列出所有的滤波器拓扑结构，只是将那些容易实现和便于调整 的列了出来。 二阶滤波器有 40dB 每倍频的幅频特性。 通常的同一个拓扑结构组成的带通和带阻滤波器使用相同的元件来调整他们的 Q 值，而且他们使滤波器在 Butterworth 和 Chebyshev 滤波器之间变化。必须要知道只有 Butterworth 滤波器可以准确的计算出拐点频率， Chebyshev 和 Bessell 滤波器只能在 Butterworth 滤波器的基础上做一些微调。 我们通常用的带通和带阻滤波器有非常高的 Q 值。如果需要实现一个很宽的带通或者带阻滤波器就需要用高通滤波 器和低通滤波器串连起来。 对于带通滤波器的通过特性将是这两个滤波器的交叠部分， 对于带阻滤波器的通过特性将 是这两个滤波器的不重叠部分。 这里没有介绍反相 Chebyshev 和 Elliptic 滤波器，因为他们已经不属于电路集需要介绍的范围了。 不是所有的滤波器都可以产生我们所设想的结果 ―― 比如说滤波器在阻带的最后衰减幅度在多反馈滤波器中的会比 在 Sallen － Key 滤波器中的大。由于这些特性超出了电路图集的介绍范围，请大家到教科书上去寻找每种电路各自 的优缺点。不过这里介绍的电路在不是很特殊的情况下使用，其结果都是可以接受的。 3．2．1 Sallen －Key 滤波器 Sallen-Key 滤波器是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。他的成本很低，仅需要一个运放和四个无源器件组成。 但是换成 Butterworth 或 Chebyshev 滤波器就不可能这么容易的调整了。请设计者参看参考条目【 1 】和参考条目 【2】，那里介