由無(wú)源元件(電阻、電容、電感)組成的濾波器叫無(wú)源濾波器;由有源元件(比如運(yùn)放,它內(nèi)部需要提供一定的電壓才能正常工作)組成的濾波器叫有源濾波器。rc低通無(wú)源濾波器,如圖:
當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí),電容的容抗趨于無(wú)窮大,故通帶放大倍數(shù)為aup=uo/ui=1電壓放大倍數(shù)au=uo/ui=(1/jwc)/(r+1/jwc)=1/(1+jwrc)令fp=1/(2πrc)=1/(2πτ),則au=1/(1+jf/fp)幅度為|au|=1/√(1+jf/fp)2當(dāng)f=fp時(shí),|au|=1/√2=0.707當(dāng)f>>fp時(shí)|au|=fp/f,頻率每升高10倍,|au|下降10倍,根據(jù)公式dbv=10*log(po/pi)=20*log(vo/vi)可知,頻率每升高10倍,|au|下降20倍。當(dāng)電路帶上負(fù)載后,如圖:
通帶放大倍數(shù)au=uo/ui=rl/(r+rl)電壓放大倍數(shù)au=uo/ui=[rl//(1/jwc)]/[r+rl//(1/jwc)]化簡(jiǎn)后au=1/(1+jf/f1p),f1p=1/[(2π(r//rl)c)]根據(jù)公式標(biāo)明,帶上負(fù)載后,通帶放大倍數(shù)的數(shù)值減小,截止頻率升高??梢?jiàn),無(wú)源濾波電路的通帶放大倍數(shù)及截止頻率會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化,這個(gè)缺點(diǎn)往往不符合信號(hào)處理的要求。幅頻特性曲線如下:
有源濾波電路,如下圖:大家都知道運(yùn)放的輸入阻抗無(wú)窮大,為了使負(fù)載不影響濾波特性,可在無(wú)源濾波電路和負(fù)載之間加一個(gè)高輸入電阻、低輸出電阻的隔離電路,例如運(yùn)放電壓跟隨器,就構(gòu)成了有源濾波電路。如下圖
在理想運(yùn)放條件下,由于電壓跟隨器的輸入電阻無(wú)窮大,輸出電阻為零,因而up僅取決于rc的值,輸出電壓等于輸入電壓。在運(yùn)放功耗允許的條件下,負(fù)載變化時(shí),放大倍數(shù)和頻率特性不變。有源濾波電路一般由rc網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放組成,因而需要一定的直流電壓給運(yùn)放供電,同時(shí)還可以進(jìn)行放大。特別注意,有源濾波電路只適合信號(hào)處理,不適合高壓大電流的負(fù)載。根據(jù)頻率特性的基本知識(shí)可知,電路中rc環(huán)節(jié)越多,階數(shù)越高,過(guò)渡帶將越窄,可加大衰減斜率。