RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路

什么是无源滤波电路和有源滤波电路

仅由无源器件(电阻、电容、电感)构成的滤波电路 称为无源滤波电路。如下图所示。
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第1张图片由无源器件和有源器件(双极型管,单极型管,集成运放)构成的滤波电路 称为有源滤波电路。如下图所示
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第2张图片下面将以低通滤波器为例来分析有源滤波电路和无源滤波电路。

无源滤波电路分析:不带负载

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不带负载时,当输入信号频率f 趋近于0时,电容的容抗趋近于无穷大,,通带电压放大倍数为
在这里插入图片描述
适用于频率f从0到∞的电压放大倍数:
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第4张图片定义
在这里插入图片描述那么通用电压放大倍数变为:
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第5张图片
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第6张图片RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第7张图片

无源滤波电路分析:带负载

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带负载时,当输入信号频率f 趋近于0时,电容的容抗趋近于无穷大,通带电压放大倍数为:
在这里插入图片描述适用于频率f从0到∞的电压放大倍数:

RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第9张图片定义
在这里插入图片描述那么通用电压放大倍数变为:
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第10张图片RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第11张图片RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第12张图片

无源滤波器存在的问题

带了负载的滤波器,放大倍数减小,而且带了负载的滤波器的截至频率也是大于不带负载的截至频率,且随负载变化而变化的。
无源滤波器不适用于对通带放大倍数、通带截至频率要求严格的场合。
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有源滤波器

为了使负载不影响滤波特性,可在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻、低输出电阻的隔离电路,于是就有了运放构成的有源滤波电路。
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第15张图片因为运放的输入电阻Ri无穷大。同相端的电流为0,因此同相端的输入电压:
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又因为运放构成的电压跟随器:
在这里插入图片描述所以电压放大倍数:
在这里插入图片描述由于理想运放的输出电阻Ro= 0; 因此当负载RL发生变化时,电压放大倍数的表达式不变,即有源滤波电路电路的频率特性不变。

有源滤波器的特点

1、有源滤波器一般由RC网络和集成运放组成
有源滤波器必须在合适的直流电源供电下才能起到滤波作用,并且还有放大作用。
有源滤波器的输入电压受集成运放电源电压的限制,输入电压保证集成运放工作在线性区。

2、有源滤波器的频率响应受组成它的有源元件频率参数的限制
组成滤波电路时,需要选择贷款合适的集成运放。

3、集成运放功耗很小

有源滤波器不适合高电压大电流的负载,只适用于小信号处理
在高电压大电流时,应选用无源滤波器,如直流电源中整流后的滤波电路均采用无源电路,在大电流负载时,应采用LC电路.

仿真电路

仿真电路如下:
负载为1KΩ
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信号源为:幅值5V的正弦波
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可见,无源带负载的滤波电路输出信号衰减严重,而无源无负载和有源有负载的滤波电路波形基本重合。说明有源滤波电路输出不受负载影响
RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第19张图片很明显,无源滤波且带了负载的电路,加在负载上的电压幅值从0Hz开始就已经衰减了很多,按照公式计算:20Log(RL1/ (R2+RL1)) =20Log0.5 = -6.02dB,跟仿真波形相符。

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负载为100Ω
信号源不变
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RC专题:无源滤波电路和有源滤波电路_第22张图片负载加重后,无源滤波电路,加在负载上的电压幅值从0Hz开始就已经衰减了很多,按照公式计算:20Log(RL2/ (R3+RL2)) =20Log0.099 = -20.83dB,跟仿真波形相符。
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