11第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路第第 1 0 章章 单 运 放 二 次 型 有 源 滤 波 电 路单 运 放 二 次 型 有 源 滤 波 电 路 内容提要内容提要 本章介绍有源滤波器的一些基本原理，主要内容为二次型单运本章介绍有源滤波器的一些基本原理，主要内容为二次型单运放正、负反馈型电路（无穷增益），包括基本结构、萨伦凯放正、负反馈型电路（无穷增益），包括基本结构、萨伦凯（Sallen-key）电路、低通电路、带通电路、全通电路等另外，）电路、低通电路、带通电路、全通电路等另外，简单介绍简单介绍RC-CR变换技术变换技术2210.1 概述概述第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路RC有源滤波器有源滤波器由运放、电阻、电容构成，无电感由运放、电阻、电容构成，无电感 1960年年重量、体积小，集成电路工艺，全部工序自动化重量、体积小，集成电路工艺，全部工序自动化优点优点寄生效应寄生效应 性能、可靠性性能、可靠性缺点缺点带宽有限带宽有限 供电电源供电电源灵敏度灵敏度无源滤波器无源滤波器寄生效应寄生效应500MHz低低高高33第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路直接实现直接实现 H(s)作为整体来实现作为整体来实现 级联实现级联实现 一阶和二阶转移函数一阶和二阶转移函数 依次级联依次级联 模拟法模拟法非模拟法非模拟法实现方法实现方法灵敏度低灵敏度低 的级联分解的级联分解( )H s调整简单调整简单H(s)=H1(s) H2(s) Hk(s) 式中式中H1(s) 、H2(s)、 Hk(s) 为一阶或二阶函数，为一阶或二阶函数， k m44第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路( )iiiisdH sKsb22( )iiiiiisc sdH sKsa sbaNbNoaZibZoaibZZ条件条件极零点配对极零点配对灵敏度、动态范围灵敏度、动态范围输出不失真输出不失真时输入信号时输入信号电平的变化电平的变化范围范围无一般无一般规律规律低低55第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路一次函数的实现电路一次函数的实现电路2211222111( )( )( )1111V sZH sV sZCsR CCsRC 66第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路21211( )( )( )V sZZH sV sZ77第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路二次型的基本形式二次型的基本形式0120120)(bsbsasasHsH22220)()(pppzzzsQssQsH022( )LPpppHHsssQ)()(0sDHsHLP低通低通88第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路)()(0sDsHsHnHP次数为次数为n)(sD2220)(pppHPsQssHsH高通高通)()(20sDsHsHnBP带通带通次数为次数为 偶数偶数n)(sD022( )BPpppsHsHssQ99第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路带阻带阻22220)(pppzBRsQssHsH延迟均衡器延迟均衡器22022( )pppAPpppssQHsHssQ101010.2 单运放二次型电路的基本结构单运放二次型电路的基本结构第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路实现结构：各种正反馈、负反馈电路实现结构：各种正反馈、负反馈电路负反馈电路负反馈电路传输零点传输零点正反馈电路正反馈电路1111第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路前馈函数前馈函数2310( )( )( )FFVV sHsV s反馈函数反馈函数1320( )( )( )FBVV sHsV s运放运放1212第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路负反馈电路负反馈电路传输零点传输零点312( )( )( )( )( )FFFBV sHs V sHs V s23( )( )V sAV s 21( )( )( )( )1( )( )1( )FFFBFFFBV sAHsH sV sAHsHsHsA当当A ( )( )( )FFFBDsDsD s( )( )( )FFFBNsH sNs 1313第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路前馈网络的零点前馈网络的零点转移函数的转移函数的反馈网络的零点反馈网络的零点转移函数的转移函数的零点零点极点极点( )( )( )FFFBNsH sNs RC网络的极点对转移函数无影响网络的极点对转移函数无影响A 左半平左半平面任意面任意极点极点桥式桥式RC网络网络复平面上的极点复平面上的极点梯形梯形RC网络网络1414第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路桥式桥式RC网络网络1515第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路正反馈电路正反馈电路211rrkr312( )( )FFFBVHs VHs V24VkV234VA VV21( )( )( )( )( )1( )1( )FFFFFBFBV sAHskHsH sAkV sAHskHskA1616第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路当当A ( )( )( )FFFBDsDsD s21( )( )( )( )( )( )FFFBV skNsH sV sD skNs前馈网络的零点前馈网络的零点转移函数的转移函数的RC网络的极点网络的极点反馈网络的零点反馈网络的零点因子因子转移函数的转移函数的零点零点极点极点k左半平左半平面任意面任意极点极点171710.3 萨伦凯（萨伦凯（SallenKey）电路）电路第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路低通滤波器低通滤波器前馈网络前馈网络反馈网络反馈网络1818第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路1122221112211221( )1111FFRC R CHsssR CRCR CRC R C2222111221122( )1111FBsR CHsssR CRCR CRC R C1919第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路121222111221122( )1111kR R CCH skssR CRCR CRC R C低通低通01212kHR R CC12121pR R CC2212111121221(1)pQR CRCRCkRCR CR C多方多方案案比较灵敏度比较灵敏度5个元件满个元件满足足2个方程个方程任意任意2020第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路 的调整的调整0H 1. 的减小的减小0H4134RkRR134/RRR2121第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路 2. 的增大的增大0H00HH566rrr6r小，相对准确小，相对准确RCZ6RCZr222210.4 RCCR变换变换第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路低通滤波器低通滤波器高通高通滤波器滤波器222( )pLPpppHsssQ222( )HPpppsHsssQR1pR电容电容电阻电阻C1pC电阻电阻电容电容 RC CR变换变换低通低通滤波器滤波器高通滤波器高通滤波器 CR RC变换变换截止频率、过渡比相同截止频率、过渡比相同232310.5 正反馈结构的带通电路正反馈结构的带通电路第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路SallenKey带通电路带通电路前馈网络前馈网络反馈网络反馈网络2424第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路112122132311112312( )1111FFsRCHsRRssR CR CR CRCR R R C C212122132311112312( )1111FBsR CHsRRssR CR CR CRCR R R C C112121132312112312( )1111ksRCH sRRkssRCR CR CR CR R R C C6个元件满个元件满足足2个方程个方程多方多方案案比较灵敏度比较灵敏度252510.6 实现虚轴上的传输零点实现虚轴上的传输零点第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路双双T型型RC网络网络虚轴上的传输零点虚轴上的传输零点定定性性带阻滤波器带阻滤波器椭圆函数逼近的低通、高通滤波器椭圆函数逼近的低通、高通滤波器存在于存在于2626第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路2222( )pFFpppsHsssQ前馈网络前馈网络RC负载网络负载网络分开极点、分开极点、零点频率零点频率272710.7 负反馈低通滤波器负反馈低通滤波器第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路前馈网络前馈网络12132112323121( )11111C C R RHsssCRRRR R C C2828第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路桥式网络桥式网络292910.8 负反馈带通电路负反馈带通电路第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路2V前馈网络前馈网络反馈网络反馈网络3030第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路22221121222122211212111( )1111FBssR CR CR R C CHsssR CR CR CR R C C12221222112121( )1111FFsRCHsssR CR CR CR R C C3131第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路122212212121( )111sRCH sssR CR CR R C C12121pR R C C212112pRRQCCCC0121HRC 3参数参数3232第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路在负反馈结构中应用正反馈在负反馈结构中应用正反馈Q值加强法值加强法德利雅尼斯首先提出德利雅尼斯首先提出Delyiannis21( )( )( )( )( )( )FFFBV skNsH sV sD skNs好处显著好处显著高高Q，元件参数低分散，灵敏度低，元件参数低分散，灵敏度低3333第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路122212212121211(1)( )111111sRCkH sssR CR CkRCR R C C减小，减小，Q 增大增大212121121211pRRQCCRCCCkRC343410.9 全通滤波器全通滤波器第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路带通带通5145RkRR7267RkRR2131 12FFFBk VVkV HV H2211( )( )( )( )( )( )FFFBV sk D sk NsH sV sNs3535第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路122221221212122212212121111( )111kkkssR CR CRCR R C CH sssR CR CR R C C212121121kRCkRC 2221221212221221212111( )111kssR CR CR R C CH sssR CR CR R C CAP3636第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路11222111kRCkRC 2212122212212121( )111ksR R C CH sssR CR CR R C CBR373710.10 单运放二次型通用滤波器单运放二次型通用滤波器第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路带通带通SAB STARLPHP BP BR AP佛伦德电路（佛伦德电路（Friend)最少电容，灵敏度低，经济最少电容，灵敏度低，经济最好的一种电路最好的一种电路3838第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路5145RkRR7267RkRR9389RkRR45145R RRRR67167R RrRR89389R RRRR3939第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路123340( )VVVHsV1 123 133FFFBkV HV Hk V HV21321212122122111rrVVVk VVrrrrVVkk4040第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路13321(1)( )1FFFBk Hk HkkH sHk4141第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路小结小结 RC有源滤波器综合常用的方法有：级联法、无源模拟法有源滤波器综合常用的方法有：级联法、无源模拟法和直接法，其中级联法被广泛使用在工业界。
在级联法中，和直接法，其中级联法被广泛使用在工业界在级联法中，基本组成单元是双二次函数，双二次函数存在多种有源实现基本组成单元是双二次函数，双二次函数存在多种有源实现方式实现一个双二次函数的网络单元通常称为方式实现一个双二次函数的网络单元通常称为双二次节双二次节，各个双二次节可以分开调整而相互不受影响各个双二次节可以分开调整而相互不受影响 双二次函数可以由零点频率、极点频率、零点双二次函数可以由零点频率、极点频率、零点Q 值和极点值和极点Q 值等参数表征值等参数表征 根据这些参数的不同，双二次函数可以分为低根据这些参数的不同，双二次函数可以分为低通、高通、带通、带阻和全通函数通、高通、带通、带阻和全通函数 4242第第10章章 单运放二次型有源滤波电路单运放二次型有源滤波电路 单运放双二次节可以分为两个基本类型：单运放双二次节可以分为两个基本类型：负负反馈拓扑和反馈拓扑和正正反馈拓扑结构在双二次节设计中，常常只需要满足零极点的反馈拓扑结构在双二次节设计中，常常只需要满足零极点的要求，而让增益系数浮动，最后调整电路的增益系数要求，而让增益系数浮动，最后调整电路的增益系数 评价电路的主要指标是评价电路的主要指标是灵敏度灵敏度，可根据不同实现方案的灵，可根据不同实现方案的灵敏度来选择合适的实现电路。
敏度来选择合适的实现电路 利用利用RC-CR变换技术，可以将低通滤波器变换为高通滤波器变换技术，可以将低通滤波器变换为高通滤波器。