無源濾波電路和有源濾波電路區(qū)別

無源濾波電路和有源濾波電路若濾波電路僅由無源元件(電阻、電容、電感)組成,則稱為無源濾波電路。若濾波電路由無源元件和有源元件(雙極型管、單極型管、集成運放)共同組成,則稱為有源濾波電路。深圳市乾鴻微電子有限公司自主設(shè)計并基于國內(nèi)代工廠工藝流片的HA2003型低噪聲8M帶寬軌至軌運算放大器具備高輸入阻抗、軌到軌輸入輸出、低噪聲等特性，十分適合用于濾波電路的信號處理。

1 HA2003產(chǎn)品簡介

• 低失調(diào)電壓：450μV

• 帶寬：8MHz，單通道

• 供電范圍：單電源2.5V~5.5V

• 低噪聲、單位增益穩(wěn)定、軌到軌I/O

HA2003型低噪聲8M帶寬軌至軌運算放大器為單通道低噪聲運算放大器，工作電壓范圍2.5V~5.5V，帶寬8MHz； HA2003輸入失調(diào)電壓小于450μV，具有較高的精度。HA2003還具備高輸入阻抗、軌到軌輸入輸出、低噪聲等特性，使得該產(chǎn)品適用于光電二極管電流信號放大、精密傳感器、濾波電路等需要高精度且具備一定帶寬運算放大器的應(yīng)用場合。

2 無源低通濾波器電路

圖1無源低通濾波器

無源低通濾波器圖1，RC低通濾波器,當(dāng)信號頻率趨于零時,電容的容抗趨于無窮大,故通帶放大倍數(shù)，當(dāng)頻率從零時頻率每升高 10倍，減少為原來的1/10,即過渡帶的斜率為 -20 dB/十倍頻。電路的幅頻特性如圖2。

圖2低通濾波電路的幅頻特性

3 無源低通濾波電路缺點

無源低通濾波電路帶負(fù)載電阻后，通帶放大倍數(shù)的數(shù)值減小，通帶截止頻率升高。無源濾波電路的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，這一缺點常不符合對信號處理電路的要求。

4 有源低通濾波電路

為了使負(fù)載不影響濾波特性，可在無源濾波電路和負(fù)載之間加一個高輸入電阻、低輸出電阻的隔離電路，最簡單的方法是加一個運放做電壓跟隨器，這樣就構(gòu)成了有源濾波電路。 HA2003具有高輸入電阻、低輸出電阻的特性，失調(diào)電壓小于1mv，帶寬8Mhz非常適合于有源低通濾波網(wǎng)絡(luò)。

在理想的條件下，由于電壓跟隨器的輸入阻抗非常大，輸出電阻接近于零，因而運放正輸入端電壓 僅取決于RC的取值。HA2003輸出峰值電流為70mA，在帶載范圍內(nèi)負(fù)載變化時放大倍數(shù)的表達(dá)式不變，因此頻率特性不變。 HA2003運放支持單電源5V及雙電源±2.5V供電與RC組成濾波網(wǎng)絡(luò)還可以進(jìn)行信號放大。HA2003有源濾波電路不適于高電壓大電流的負(fù)載，只適用于信號處理。

5 一階低通濾波電路

圖3. 一階低通濾波電路

圖2所示為HA2003一階低通濾波電路，其傳遞函數(shù)為：

(公式1)

用j取代s,且令 得出電壓放大倍數(shù)：

(公式2)

稱為特征頻率。令f=0,可得通帶放大倍數(shù)既為運放放大倍數(shù)：

(公式3)

當(dāng)f=時,故通帶截止頻率=。當(dāng)f,時，曲線按 -20 dB/十倍頻下降。幅頻特性如圖4所示

圖4. 一階低通濾波電路的幅頻特性

6 二階低通濾波電路

一階電路的過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減斜率僅為-20 dB/十倍頻。增加 RC環(huán)節(jié)，可加大衰減斜率，使過渡帶變窄。

圖5  二階低通濾波電路

圖5所示為HA2003二階低通濾波電路。其通帶放大倍數(shù)與一階電路相同，傳遞函數(shù)為

1. (公式4)

當(dāng)==C時，

1. (公式5)

2. (公式6)

代入公式4,整理可得

(公式7)

用j取代s,且令 得出電壓放大倍數(shù)

1. (公式8)

稱為特征頻率。令公式8分母的模等于,可解出通帶截止頻率≈0.37，當(dāng)f時，曲線按 -40 dB/十倍頻下降。幅頻特性如圖6所示.

圖6. 二階低通濾波電路的幅頻特性

參考文獻(xiàn) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)  （第六版）