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二阶有源低通滤波器电路图

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置,有源低通滤波器在滤波电路中使用广泛。  

分享:

好的,这是一个常见的二阶有源低通滤波器(Sallen-Key拓扑)电路图的中文描述:

电路主要构成元件:

  1. 运算放大器 (Op-Amp):作为有源器件,提供增益、缓冲和滤波功能。通常使用通用运算放大器如LM358、TL072等。
  2. 电阻 R1: 输入端串联电阻。
  3. 电阻 R2: 形成反馈路径的一部分。
  4. 电容 C1: 连接在运放反相输入端与地之间的电容(或者在输入和运放输出之间,取决于具体变种)。
  5. 电容 C2: 连接在运放输出端与反相输入端之间的电容。

电路结构:

  1. 输入信号 (Vᵢₙ): 从一个输入端接入电路。
  2. 第一级RC滤波 (输入级)
    • 输入信号通过 电阻 R1
    • 电阻 R1的另一端连接到运放的同相输入端
  3. 电容 C1
    • 一端连接在运放的同相输入端上。
    • 另一端接地 (GND)
  4. 电压跟随器/增益级 (运放核心)
    • 这是一个同相放大器结构。
    • 运放的反相输入端通过电阻 R2连接到运放的输出端。这使得运放工作在同相放大器模式。
    • 运放的反相输入端也通过电容 C2连接到运放的输出端。电容C2提供了关键的频率相关反馈。
    • 注意:在很多Sallen-Key滤波器中,反相输入端是直接接地的(R2无穷大,即开路),此时运放构成单位增益的电压跟随器。R2存在时提供了大于1的增益。
  5. 输出信号 (Vₒᵤₜ): 从运放的输出端引出。
  6. 电源: 运放需要正负电源或单电源供电(图中通常省略,但必不可少)。
  7. 地 (GND): 电路参考点。

信号路径简述:

输入信号 Vᵢₙ → 电阻 R1 →(运放同相输入端,并联电容 C1 到地)→ 运放(在其同相输入端得到 V₊)→ 运放输出端 Vₒᵤₜ

  • 电容 C1 对高频信号呈现低阻抗,将它们分流到地,起到初步低通滤波作用。
  • 电容 C2 连接在输出和反相输入端之间,构成了一个与频率有关的反馈网络。在高于截止频率时,C2的低阻抗会降低电路的增益(负反馈增加),进一步抑制高频成分。
  • 电阻 R2 和运放的虚短特性 (V₊ ≈ V₋) 共同设定该滤波器的电压增益 Av (直流或低频增益,Av = 1 + (R2 / Rᵢₙ_equivalent),在标准Sallen-Key跟随器中,R2开路,则 Av = 1)。

功能:

这个电路结合了无源RC滤波(R1和C1,以及隐含的R2和C2)和运放的有源增益/缓冲能力,形成了一个截止特性更陡峭(-40dB/decade滚降)的低通滤波器。它只允许低于特定截止频率 (f꜀) 的信号以设定的增益通过,而有效地衰减高于该截止频率的信号

典型用途:

  • 音频系统(去除高频噪声)。
  • 传感器信号调理(滤除高频干扰)。
  • 抗混叠滤波器(在模数转换ADC之前)。
  • 任何需要滤除高频成分保留低频成分的场合。

总结图示意(文字版):

 Vᵢₙ
  |
  |
  R1
  |
  +----[运放同相输入端 (+)]      运放输出端 (+)
  |              |                   |
  |             C1                  R2
  |              |                   |
  |              |                   |
 GND ------------[运放反相输入端 (-)]---[C2]----[运放输出端 Vₒᵤₜ]
                 |
                GND                 (GND)

关键点:

  • 核心是运放构成的同相放大器或电压跟随器(具体看是否有R2)。
  • 两个电容(C1接地、C2跨接在输出和反相输入端)是实现二阶滤波的关键。
  • 电阻R1限制输入信号。
  • R2决定增益(如果存在)。
  • 截止频率 f꜀ 和滤波器的特性(如Q值)由 R1, R2, C1, C2 的值共同决定。通常设计时会让两个电阻相等 (R1 = R2 = R),两个电容相等 (C1 = C2 = C),以简化计算和实现巴特沃斯响应(最平坦通带)。

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