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有源低通滤波器

2019年1月22日
通过管理员

在之前的教程中，我们已经学习了有源高通滤波器，其中高通滤波器的设计使用无源RC滤波器和运放电路。在本教程中，我们将学习有源低通滤波器，并理解从低通到高通滤波器的过渡仅仅是R和C组件的交换。

如果你正在寻找关于被动过滤器的信息，请查看以下教程:伟德老虎机手机版“无源低通RC滤波器”和”无源高通RC滤波器”．

大纲

介绍

低通滤波器是一种滤波器，它通过从直流到上截止频率fH的所有频率，并拒绝该频率以上的任何信号。

在理想情况下，频率响应曲线在截止频率处下降。实际上，信号不会突然下降，而是从过渡区逐渐下降到阻带区。

截止频率是指响应从通频带下降-3 dB或70.7%的点。过渡区是指发生衰减的区域。

停止带区域是指主要对输入信号发生衰减的区域。所以这个滤波器也被称为高切滤波器或三切滤波器。理想的响应如下所示。

有源低通滤波器不是单独使用无源器件，而是由有源器件(如运放、场效应晶体管和晶体管)与无源器件组合而成。与无源滤波器相比，这些滤波器非常有效。活跃的过滤器介绍了克服无源滤波器缺陷的方法。

利用运放构成一个简单的有源低通滤波器。运放将高阻抗信号作为输入，并给出低阻抗信号作为输出。这个滤波电路中的放大元件会增加输出信号的振幅。

通过放大器的这一作用，输出信号将变宽或变窄。滤波器的最大频率响应取决于电路设计中使用的放大器。

有源低通滤波电路

信号的衰减，即在无源电路中，输出信号的振幅小于输入信号的振幅。为了克服无源滤波器的这一缺点，设计了有源滤波器。一个无源低通滤波器连接到反相或非反相运放给我们一个简单的有源低通滤波器。

一阶有源滤波器由单运放和RC电路组成。一个简单的RC无源滤波器连接到一个运放的非反相终端如下图所示。

这个RC电路将提供一个低频路径到放大器的输入。放大器作为缓冲电路提供单位增益输出。该电路具有更大的输入阻抗值。即使运放的输入阻抗高于截止频率，这个输入阻抗也会受到等于R+ 1 / jωC的串联阻抗的限制。

在电路中连接的运放的输出阻抗总是很低。这个电路将提供高稳定性的滤波器。这种配置的主要缺点是电压增益是统一的。即使对于这个电路，输出功率也很高，因为输入阻抗很低。

具有高电压增益的有源低通滤波器

上述有源低通滤波器电路不能提供超过单位增益。因此，我们使用低压电路提供高电压增益。

当输入信号为低频时，信号将直接通过放大电路，但如果输入频率高，信号则通过电容C1。通过该滤波电路，滤波器的通带增益增大了输出信号的幅值。

我们知道，对于非逆变换放大器电路电压增益的大小由其反馈电阻R获得₂除以相应的输入电阻R_3.．

这是如下给出的

电压增益的幅值= {1 + (R₂/ R3)}

电压增益的有源低通滤波器

我们知道增益可以由频率分量得到，这是如下所示的

电压增益= V_out⁄V_in = A_max⁄√(1 +美国f / f_c〗^ 2)

在哪里

一个_马克斯=通带增益= 1 + R_2 / R_3
F =工作频率。
f_c=截止频率。
V_出=输出电压。
V_在=输入电压。

当频率增加时，每增加10次频率，增益就减少20 dB。该操作如下所示

在低频率时，即工作频率f小于截止频率时，则

V_出/ V_在=一个_马克斯

当工作频率等于截止频率时，则

V_出/ V_在=一个_马克斯/√2 = 0.707 a_马克斯

当工作频率小于截止频率时，则

V_出/ V_在<一个_马克斯

根据这些方程，我们可以说在低频时电路增益等于最大增益，而在高频时电路增益小于最大增益A_马克斯．

当实际频率等于截止频率时，则增益等于A的70.7%_马克斯．由此我们可以说，频率每增加十倍，电压的增益就除以10。

电压增益幅值(dB): A_马克斯= 20日志₁₀(V_出/ V_在）

在-3分贝频率下，增益为:

3 dB_马克斯= 20日志₁₀{0.707 (V_出/ V_在)}