在仿真电路中,分别输入20Hz信号和2000Hz信号,得到两个输出波形如图7-4-6所示。从中可以看出,理论上20Hz输入不会引起相移,也不会出现滤波效果,事实也确实如此。理论上2000Hz输入时,大致应衰减0.6倍左右,出现-115°相移。仿真结果也近似表达了这个结论。
图7-4-5仿真电路的频率特性分析结果
T4.00T4.003.00VF3Axis label 3.001.00VF20.00Axis label 2.002.00VF31.000.00VF2-1.000.0050.00m100.00m150.00m200.00m-1.000.00500.00u1.00m1.50m2.00m图7-4-6 仿真电路的示波器输出,左图为20Hz输入,右图为2000Hz输入
二阶提升式MFB滤波器
单电源MFB滤波器与双电源电路区别很小,原本在双电源电路中需要接地的运放正输入端,改为接一个设定基准电压VREF即可。注意,VREF并不等于2.5V。
按照双电源MFB滤波器设计,确定电阻电容后,利用左边电路之一产生VREF
VREF?2.5VD RA RB R1
R1?R2VD RC R2 C1 VD VREF RD VREF RE R1 Ui C2 R3 Uo RL VREF (a) 基准电压产生电路 (b) 主电路
图7-4-7 交变信号进入单电源MFB滤波器
产生基准电压的方法中,左边电路只有两个电阻,分压得到计算好的VREF非常容易,而且这两个电阻可以较大。但是这种方法引入了电源噪声。右边电路先用一个RC和稳压管得到一个较小的稳压值,让稳压管的稳压值正好等于计算好的VREF,可能性很小。因此,采用RD和RE进一步分压得到VREF。在设计这个电路时,RD和RE可以选择较大电阻。这个电路复杂,但避免了电源噪声。
2) 同电位
本节介绍输入信号和输出信号均基于VD/2的低通滤波电路。如果假设单电源电压为5V,那么本节假设输入信号基于2.5V,即在2.5V上叠加一个交变成分,而输出也是在2.5V上叠加一个交变成分。所谓的反相,是指在远低于截止频率处时,输入交变信号和输出交变信号反相。
一阶同电位反相低通滤波器
R2 R1 UA VD Uo RL R3 Ui R4 C VD/2
图7-4-8 一阶同电位反相低通滤波器
如图7-4-8。所有电阻设计,请参照本章图7-2-12所述内容。R1=R2,使得UA静态电位为2.5V,静态时,R3、R4上没有电流,输出静态电位等于2.5V。合理选择R3、R4,使得电路交变增益满足要求。注意截止频率为:
fH?1
2?R4C因此,选择R4时,需要先选择电容C,再确定R4以满足截止频率要求。
一阶同电位同相低通滤波器
在同电位同相放大电路基础上,增加一个电容C,如图7-4-9。
VD R1 Ui C R2 UA R3 R4 Uo RL 图7-4-9 一阶同电位同相低通滤波器
二阶同电位Sallen-Key滤波器
简化SK滤波器如图7-4-10(a)所示。RC决定截止频率,R4/R3决定增益G和品质因数Q。通过两个电阻2R3串联分压,使得输出静态为2.5V,而对交变信号,两个2R3并联形成一个R3。本电路与图7-4-3唯一区别是取消了对运放正输入端提供偏置的电阻R1B,其它分析方法与图7-4-3所述类似。
精确SK电路与双电源电路完全相同,在此不赘述。
C C1 R1 R VD R2 VD R Uo Uo Ui Ui C C2 RL RL 2R3 R4 R4 VD 2R3 (a) 简化SK (b) 精确SK
图7-4-10 同电位单电源SK滤波器
二阶同电位MFB滤波器
先按照双电源系统对图7-4-11右图进行标准MFB滤波器设计,然后保证左图中VREF=2.5V即可。
VD RA RB RC VREF RD VREF RE R1 Ui C2 R3 VD R2 C1 VD Uo RL VREF (a) 基准电压产生电路 (b) 主电路
图7-4-11 同电位单电源MFB滤波器
3) 交流耦合
利用交流耦合型电路实现低通滤波器,具有一个