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现代电路分析

现代电路分析. 第六章 运算放大器电路及有源滤波器. 现代电路分析课程知识要点. 矩阵运算的 计算机方法. 矩阵方程建立 的一般方法. 计算机辅助分析 及工具应用. 非线性电路方程 建立的一般方法. 矩阵方程 建立初步. 有源滤波电路 分析初步. 电路的 参数分析. 非线性电路 分析初步. 经典电路分析知识要点. 本章主要内容及要求. 掌握有源器件的基本概念. 掌握阻抗变换电路的分析. 掌握 RC 有源基本节电路的分析. 了解 RC 有源滤波器的基本概念. 运算放大器电路及有源滤波器. 第一节 理想运算放大器及单元电路.

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  1. 现代电路分析 第六章 运算放大器电路及有源滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  2. 现代电路分析课程知识要点 矩阵运算的 计算机方法 矩阵方程建立 的一般方法 计算机辅助分析 及工具应用 非线性电路方程 建立的一般方法 矩阵方程 建立初步 有源滤波电路 分析初步 电路的 参数分析 非线性电路 分析初步 经典电路分析知识要点 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  3. 本章主要内容及要求 掌握有源器件的基本概念 掌握阻抗变换电路的分析 掌握RC有源基本节电路的分析 了解RC有源滤波器的基本概念 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  4. 运算放大器电路及有源滤波器 第一节 理想运算放大器及单元电路 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  5. 理想运算放大器 特点：（1）开环增益A→∞ （2）输入阻抗Zsr→∞ （3）输出阻抗Zo→0 （4）无限带宽 （5）无噪声，无漂移 分析规则： “虚断”，由于Rin为无穷大，所以输入端的电流等于零。 故称两个输入端为虚断。 “虚短”，对于线性电路而言，由于运放输出电压小于等于电源 电压，而开环增益为无穷大，即 Vo=A(V+-V-)， 因此V+-V-=0，即V+=V-，故称两个输入端为虚短。 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  6. 运算放大器单元电路 加法器 跟随器（隔离） 用途：电压跟随 隔离（高阻提取信号） 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  7. 反 相 放 大 器 同 相 放 大 器 运算放大器单元电路 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  8. 倒 相 加 法 器 减 法 器 运算放大器单元电路 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  9. 运算放大器单元电路分析 例：求 解：在 R5为有限值的情况下 V1=V2=0且 i1=0 对节点1有 ① 对节点3有 ② 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  10. 运算放大器单元电路分析 节点1 ① 节点3 ② 代入式②得 由式①得 所以有 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  11. 运算放大器单元电路分析 例: 电路如图示，求 Vo与V1、V2的关系。 解：根据虚短,有V1=Vn1 = Vn2 V2=Vn3 = Vn4 对节点2、3列KCL方程，R1与R2中的电流相等，所以 可写为 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  12. 运算放大器单元电路分析 相加 所以 第三只运算放大器 实际上构成减法器，所以 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  13. 阻抗变换器 1. 变换器参数 同理： 2. 广义阻抗变换器（GIC General Immittance Converter) 令B=C=0 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  14. GIC的有源实现 节点方程： 上面两式相减有 I1Z1= I2Z2 倒数后同乘以V1Z1则有 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  15. 模拟电感与频变负阻（FDNR） （1）模拟电感（接地模拟电感） 当 Z1=R1; Z2=1/SC; Z3=R3; Z4=R4; Z5=R5 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  16. 频变负阻（FDNR ） 频变负阻，也称超电容 单位:FS） 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  17. 无源梯形滤波器的有源模拟 优点：（1）无源梯形滤波器的设计十分完善。 （2）双端接载LC梯形滤波器具有低灵敏度特点， 用有源模拟，可继承该特点，易于设计高阶电路。 （1）电感模拟法 例：三阶高通 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  18. RLC – CRD法 依据：网络各臂阻抗同乘K/S后，传递函数不变 例：设计三阶（Butterworth)低通 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  19. RLC – CRD法 FDNR实现 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  20. 运算放大器电路及有源滤波器 第二节 用运放实现RC有源基本节 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  21. 阶与传递函数的概念 对于典型的RC有源电路的传递函数，一般分为一阶和二阶，阶是s的最高幂次。 对于高阶的传递函数，通过因式分解总可以分为若干二阶传递函数的乘积，或再乘一个一阶传递函数。 一阶传递函数为两种： 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  22. 阶与传递函数的概念 二阶传递函数为七种 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  23. 阶与传递函数的概念 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  24. 一阶电路 （1）低通 带增益的一阶电路 （1）高通 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  25. 二阶电路 单端正反馈二阶电路 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  26. 二阶电路 二阶低通 二阶高通 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  27. 二阶电路 二阶带通 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  28. 二阶电路 多端负反馈二阶电路 为低通二阶电路 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  29. 级联法设计RC有源滤波器的基本思想 n为偶数 若n为奇数， 将多一项一阶函数 设计注意事项：（1）动态范围 （2）零极点配对 （3）级联次序 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  30. 运算放大器电路及有源滤波器 多运放 有源滤波器基本节 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  31. 基于GIC电路的二阶高Q带通基本节 ， ， 电路调谐： 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  32. 基于GIC电路的二阶高Q带阻基本节 ， 要求 ，电路调谐为： 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  33. 带有衰耗零点的二阶高Q基本节 ， ， ， 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  34. 有源滤波器实例 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  35. 实例一：九阶椭圆函数有源低通滤波器 技术要求： 通带0-2470Hz，带内波动为0.03dB，阻带从3800Hz开始， 阻带的最小衰减为50dB。 方法:梯形滤波器的有源电路实现。设计一个LC等效滤波,并用S归一化, L-R, C-FDNR, FDNR用有源实现 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  36. 实例一：九阶椭圆函数有源低通滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  37. 实例一：九阶椭圆函数有源低通滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  38. 实例二：音频椭圆函数有源带通滤波器 该滤波器有以下技术要求： 图中，f1=250Hz，f2=300Hz，f3=3400Hz，f4=4000Hz 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  39. 实例二：音频椭圆函数有源带通滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  40. 实例二：音频椭圆函数有源带通滤波器 < 24.BP-HQ-1 > SECTION 1 (unit: pF,Ω,Hz), R4,R7,R,C= 48693.41 9834.094 5100 1E-08 K,F,Q= 2 1009.951 .6240425 < 36.3C-GP-CC > SECTION 2 R1,R2,R3,R4,C3,C= 2104414 359797.8 58934.46 5100 1.684136E-08 1E-08 K,F,FZ,Q= 1.684136 371.5405 118.3808 1.375799 < 36.3C-GP-CC > SECTION 3 R1,R2,R3,R4,C3,C= 2537039 596580.7 303655.8 5100 6.177312E-09 1E-08 K,F,FZ,Q= .6177312 288.5365 178.0213 5.505057 < 36.3C-GP-CC > SECTION 4 R1,R2,R3,R4,C3,C= 5581.733 6589.945 7975.923 5100 1.198569E-09 1E-08 K,F,FZ,Q= .1198569 2745.33 8616.271 1.375799 < 36.3C-GP-CC > SECTION 5 R1,R2,R3,R4,C3,C= 6431.915 3974.397 24784.64 5100 2.352196E-09 1E-08 K,F,FZ,Q= .2352196 3535.084 5729.655 5.505057 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  41. 实例二：音频椭圆函数有源带通滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  42. 实例二：音频椭圆函数有源带通滤波器 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  43. 有源集成滤波器介绍 （ MAXIM） 有源滤波器产品分为两大系列：连续时间滤波器（Continuous）和开关电容滤波器（Switched Capacitor）。开关电容有固定阶数的只需确定截止频率，另外一些参数使用者不能改变。其他产品如Universal类和2nd-order类均需要用程序进行设计。这些程序一般厂家均会提供，但是设计过程需要一定的专业知识方可准确进行。这些产品代表了目前最新的有源滤波器的制造技术。 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  44. 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  45. 实例三：8阶椭圆函数低通开关电容滤波器 例: 以MAXIM293为例，它是一个8阶的椭圆函数低通开关电容滤波器，具有1.5的矩形系数，由时钟控制通带截止频率，时钟与通带截止频率比为100:1，有效通频带宽度为 0.1-25KHz，供电电压为正负5V，这是一个8个出脚的芯片。用此芯片实现一个抗混迭低通滤波器。通带频率0～3000Hz，阻带频率大于等于4500Hz。利用一片CD4047作为时钟源，发出300KHz方波时钟信号，与MAXIM293时钟脚(1脚)相连，即可实现上述技术指标。为了使输出的波形干净平滑，可利用MAXIM293的一个单独的运放（3,4脚）设计一个一阶或二阶的平滑滤波器，对输出信号平滑处理即可。 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

  46. 实例三：8阶椭圆函数低通开关电容滤波器 MAX293低通滤波器的实现 国家电工电子教学基地 电路理论系列课程组 2005.3

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