應(yīng)用于有源高通濾波電路的高速運放

HA1002E是一款高速電壓反饋CMOS 運算放大器，該芯片具備單位增益穩(wěn)定、支持單電源供電及軌到軌輸出等特性，適用于中視頻應(yīng)用和其他需要高帶寬的應(yīng)用場合；CMOS輸入級的高輸入阻抗以及寬帶、低噪聲特性使得該芯片適合應(yīng)用于濾波器電路。

2025-01-15 18:56:05深圳市乾鴻微電子有限公司33

無源濾波電路和有源濾波電路區(qū)別

無源濾波電路和有源濾波電路若濾波電路僅由無源元件(電阻、電容、電感)組成,則稱為無源濾波電路。

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若濾波電路由無源元件和有源元件(雙極型管、單極型管、集成運放)共同組成,則稱為有源濾波電路。

HA1002E產(chǎn)品簡介

帶寬：500M
增益帶寬積：200M
供電范圍：單電源2.5V~5.5V，支持雙電源供電
輸出軌到軌
高壓擺率：360V/μs
高輸入阻抗

無源高通濾波器電路

圖1無源高通濾波器

高通濾波器與低通濾波器電路完全相反，因為兩個元件已經(jīng)互換，濾波器輸出信號現(xiàn)在從電阻器中得到。

其中作為低通濾波器只允許低于其截止頻率 ?c 的信號通過，無源高通濾波器電路正如其名稱所暗示的，僅通過所選擇的分界點 ?c 以上的信號，從而濾除了任何低頻信號波形。

圖2高通濾波電路的幅頻特性

圖2為無源高通濾波器的頻率響應(yīng)曲線。這里信號在低頻衰減，輸出以 +20dB / Decade的斜率上升，直到頻率達(dá)到截止點（ ?c ），這里 R = Xc。它的響應(yīng)從無限低延申至截止頻率，其中輸出電壓幅度是輸入信號值的-3dB，輸出信號的相位角 Φ 超前輸入，在頻率 ?c 處等于 45°。

無源高通濾波電路缺點

由于無源濾波器沒有放大器等有源元件,因此對干擾信號的抑制能力較差。不能對信號進(jìn)行放大和變換，及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，這一缺點常不符合對信號處理電路的要求。

有源高通濾波電路

通過將無源 RC 濾波器網(wǎng)絡(luò)與運算放大器組合以產(chǎn)生具有放大的高通濾波器，可以創(chuàng)建有源高通濾波器。有源高通濾波器 （HPF）的基本操作與其等效 RC 無源高通濾波器電路相同，不同之處在于該電路具有運算放大器包含在其設(shè)計中，提供放大和增益控制。HA1002E具有高帶寬，高輸入阻抗，高壓擺率及低失調(diào)，低噪聲等特性非常適合于高通濾波電路。以下為HA1002E高通濾波電路講解。

一階高通濾波電路

圖3 HA1002E一階高通濾波電路

一階高通濾波器僅由無源濾波器和非反相放大器組成。除了通過放大器的增益增加信號的幅度之外，電路的頻率響應(yīng)與無源濾波器的頻率響應(yīng)相同，濾波器的電壓增益幅度作為反饋電阻（ R2 ）除以其相應(yīng)的輸入電阻（ R1 ）的函數(shù)給出，輸出信號增益：

AF =濾波器的通帶增益，（ 1 + R2 / R1 ）
? = 輸入信號的頻率，（Hz）
?c =截止頻率，（Hz）

有源 高通濾波器增益 AF 從 0Hz 增加到低頻截止點，隨著頻率的增加以 20dB /decade 增加。在處，增益是 0.707 * AF，之后的所有頻率都是通帶頻率，從而濾波器具有恒定的增益 AF，最高頻率由運算放大器的閉環(huán)帶寬決定，HA1002E增益帶寬積為200Mhz如圖4所示為高通濾波器設(shè)置=1Khz 增益為2倍，最高頻率為100Mhz左右。輸出信號的相應(yīng)相位角或相移與無源濾波器的相位或相移相同，并超前輸入信號的相位角或相移。 Phase Shift ?=()它在截止頻率 ?c 處值等于 45°如圖4所示。

圖4 一階高通濾波電路=1Khz的頻率響應(yīng)曲線及相位

二階高通濾波電路

只需在一階高通濾波電路輸入路徑中使用額外的 RC 網(wǎng)絡(luò)，即可將一階高通有源濾波器轉(zhuǎn)換為二階高通濾波器。二階高通濾波器的頻率響應(yīng)與一階類型的頻率響應(yīng)相同，只是阻帶衰減將是一階濾波器的兩倍 - 40dB /decade。因此，二階有源高通濾波器所需的設(shè)計步驟是相同的。