原创 【技术笔记】滤波电路和电压比较器

集成运放的应用:滤波电路.

有低通,高通,带通,带阻滤波器

最简单的滤波电路,例如无源低通滤波电路

其波特图与

存在两个问题,一是低通时Au太小近似=1,二是在Au下降到70.7％后,频率下降的太慢.每十倍频下降10dB

我们理想的情况是,在下降到3dB出后,Au能近似=0.

为此引入运放,来增加Au和优化高频区特性.

一阶有源低通滤波器,把低通电路的输入接到运放同相输入端

无源低通滤波器工作时的Au被放大1+Rf/R1倍

为了提高高频区下降速率引入二阶低通滤波器

这里R3=R2=R阻值相同,C2=C1

根据m点的电流方程

Q叫做谐振回路品质因数,1/Q叫做阻尼系数

此时高频区以每10倍频/40分贝下降

由于下降得太快,要保证在接近截止频率的Au,特地在运放输入端引入正反馈以提高Au.

在接近fp时每一级相移不超过-45度,两级RC回路产生的相移不超过-90度,所以能保证输出还是正的.也保证正反馈的正常工作.

Q的作用.

这是不同Q下的幅频特性

可见在fp处Au突然变大而且Q值越大,Au越变的越剧烈.

一般希望Q=1

所以在设置负反馈时要注意不能让RF=2R1,否则Q=∞.

高通滤波器

其中R3=R2=R

C2=C1

当我们把低通滤波器里的JωCR换成1/JωCR,即可得到高通的波特图

同样的

带通滤波器

实际上就是一个,高通滤波器和低通滤波器的串联

要求fh>>fL

要求R4=R2;2*R3=R4;c1=c2

R3正反馈

同样可化的

Q越大选频特性越好.

通带宽度B=f2-f1=(3-Aup)fo=fo/Q

带阻滤波器

电路

高频时信号从C2,C1输入

低频时信号从R2,R4输入

中频时信号经R2,C3接地.没有输入

R2=R4=R

R3=2R

C2=C1=C;

C3=2C

同样

fp=1/2πRC

Aup=(1+RF/R1)

而

当f=fp时Au=0,具有带阻的功能

可见Q值越大,选频特性越好

阻带宽度B=f2-f1=2(2-Aup)fo=fo/Q

电压比较器

输入和阈值电压进行比较,大于或小于阈值电压,输出发生突变

1.过零比较器

阈值电压UT=0v 传输图像

一般我们想要控制电路的输出幅值,所以不会让输出达到最大值

一般是让负载和稳压管并联.当一个管子被击穿,另一个管子导通,输出被限幅.在输出还会加上限流电阻,以保护稳压管,并给它分压.图中没画.

下面计算时,一般忽略导通压降,默认UO=|Uz|

这样输出电压就控制在了Uo=+Uz/-Uz

由于同相输入端接地

我们可以用虚地U+=U-=0,实现同样的限幅功能

单限比较器

这种比较的优点是可以设置阈值电压

D1,D2限幅 ,UREF是设置电压

U-这个输入相对的阈值电压.UT=0;

根据叠加定理

当输出准备变化时,U-=0;

也就是说当时,U-等于0,此时输出处于变化的临界状态.

把此事的输入电压叫做阈值电压.

可以看到阈值电压仅由Uerf和R1,R2决定.

滞回比较器

当输入的信号受到噪声,干扰时输入就会变化.

我们想要一种比较器能够高一定抗一定干扰.

当信号只沿一个方向变化时信号输出只变化一次

UREF是设置电压

为了保证参数对称R1=R2//RF

R作用是限流的,D1,D2稳定输出电压

由虚短U+=U-;

也就是输入和U+比较

叠加定理

由于输出Uo可正可负.

所以UT也是变化的

设Uz<0时为UT-

Uz>0时UT+

假设输入为正,UT+,输入不断增大,到Ui>UT+时,输出Uz<0,此时阈值电压为UT-

假设输入发生波动由于Ui>UT+>UT-,反向输入端大于同相输入端,所以输出还是Uz-

输出不变.

同理输入Ui下降到小于UT-,输出Uz+,阈值电压变为UT+

输入波动只要U+-U_=Uz+-Ui>0,输出不变.

◬UT=UT+-UT-=2(RF)UT/(RF+R2)

◬UT称为门限宽度.

门限宽度与UERF无关,当改变它时,仅UT变化在坐标轴上左右平移.

双线比较器

输入接在两个单线比较器上

UR1,UR2是阈值电压

令UR1>UR2

当Ui>UR1时Uo1>0

当Ui

故当UR1>Ui>UR2时,输出截止.

图像