滤波与放大：电子工程中的关键技术
滤波与放大：电子工程中的关键技术
一、有源高通和低通滤波器
RC滤波器的截止频率为1/（2πRC），加上负载后由于阻抗变化导致截止频率变低不能满足滤除特定频率的要求，因此加上电压跟随器可以优化这一缺陷（输入阻抗高，输出阻抗低），并且还可以进行信号电压的放大。
二、微伏量级电信号放大和微安级电流检测
斩波放大器是一种特殊的放大器，它利用斩波技术来实现信号的放大。斩波技术主要是指通过一定的频率将输入信号进行周期性的开关操作，从而实现对信号的调制和放大。斩波放大器的主要原理是采用高频脉冲信号来控制输出信号的幅度，从而达到放大的效果。这种放大器可以有效地削减输入信号的幅度，按照特定的规律进行放大，使得输出信号能够满足特定的需求。
在微弱信号的测量中，常常需要放大微伏级的电信号。这时，普通的运算放大器已无法使用了，因为它们的输入失调电压一般在数百微伏以上，而失调电压的温度系数在零点几微伏以上。固然输入失调电压可以被调零，但其漂移则是难以消除的。德州仪器公司生产的斩波稳零型运算放大器提供了一种解决微信号放大问题的廉价方案。
过载恢复时间是指放大器继续失真，被记录为从重新接入衰减到输出达到低于最终状态ldB的时间。对于断路器，过载恢复时间受到过载程度、断路器结构以及环境条件（如温度、空气流通情况）的影响。过载程度越大，断路器需要更长的时间进行冷却和恢复。
输入失调电压（Vos）又称偏移电压、电压失调，是指在操作放大器时，当没有输入信号时，输出端仍然存在一个微小的直流偏移电压。
偏置电流和失调电流的主要区别在于它们的产生原因和影响。偏置电流主要关注于保证放大器的工作状态，而失调电流则更侧重于由于工艺制造和温度变化等因素引起的电流不准确问题。
偏置电流是在集成电路中，特别是在运算放大器电路中常见的一种现象。它是指由放大器输入端的偏置电压引起的电流。偏置电流是由于半导体晶体管内部结构的不均匀性和温度引起的，它的存在会直接影响运放电路的增益、稳定性和带宽等性能。偏置电流保证了放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点。
而失调电流，也称作偏移电流，是指在电子元件（如晶体管、放大器等）中因工艺制造和温度变化引起的电流不均匀或不准确的情况。它可能是由于电阻、电容等元器件的工艺不精确或者材料质量不均匀所导致的。失调电流的存在会导致电子元器件的输出信号与输入信号之间出现偏离，从而降低电路的准确性和精度。在放大器等高精度电路中，失调电流的存在会产生误差，影响电路。
开环电压增益的单位为dB（分贝）而不是常见的电压比或倍数，是因为使用dB作为单位在描述电压或功率的增益或衰减时具有一些特殊的优势。dB是一个相对单位，它表示两个量之间的比值。
开环电压增益为135dB实际代表大约 5451774.78的放大倍数。
共模抑制比主要衡量差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力。具体来说，它是放大器对差模信号的电压放大倍数与对共模信号的电压放大倍数之比。差模信号电压放大倍数越大，共模信号电压放大倍数越小，则CMRR越大，表示差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越优良。通常，共模抑制比用分贝（dB）表示，大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多。
电源抑制比则是衡量电源变化对转换器输出的影响程度。它是输入电源变化量与转换器输出变化量的比值，也用分贝表示。高质量的D/A转换器要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出的电压影响极小。电源抑制比可分为交流电源抑制比（ACPSR）和直流电源抑制比（DCPSR），它们分别衡量交流电源和直流电源变化对输出的影响。
带宽增益积是描述放大器性能的一个重要参数，它指的是放大器的增益乘以其工作频率范围。具体来说，它表示放大器在单位增益下的工作频率范围，通常用于描述放大器的高低频特性。带宽增益积越大，表示放大器能够传输更高的频率信号而不降低增益。
放大器的摆动速度（Slew Rate）是描述放大器在输出端对快速变化信号的反应能力的一个参数。具体来说，它指的是放大器在单位时间内输出电压的最大变化率，通常以伏特每微秒（V/μs）为单位来表示。当放大器接收一个快速变化的输入信号时，其输出信号需要尽快跟随这个变化。摆动速度越高，意味着放大器能更快地跟踪输入信号的变化，从而输出信号的变化速度也更快。这对于需要处理高频信号或快速变化信号的放大器来说尤为重要。如果输入信号的变化速度超过了放大器的摆动速度，那么输出信号将无法完全跟随输入信号的变化，从而可能导致信号失真。因此，在选择放大器时，需要根据应用需求来确定所需的摆动速度，以确保放大器能够准确、快速地处理输入信号
陷波器是一种谐振电路或自动开关的感应器，主要用于电子系统中的滤波器。它的主要功能是滤除特定频率的信号，同时将其他频率的信号通过。陷波器主要由电容和电感构成，通过调整这两个元件的阻抗，可以实现特定频率的滤波效果。其中，由LC构成的谐振回路是实现陷波器的关键部分。在电路中，通过改变电容和电感的值，可以调整谐振频率，从而实现不同频率范围内的滤波效果。陷波器有多种类型，如经典陷波器、通用陷波器和相移陷波器等，它们各自有不同的特点和适用场景。在选择和使用陷波器时，需要根据具体的应用需求和环境进行考虑。
50HZ陷波器主要用于滤除50HZ的市电干扰，针对的是市电。
陷波器的陷波深度是描述其质量的一项关键参数。具体来说，它代表了陷波器在应用中滤除有害信号的能力。如果陷波器的陷波深度参数过小，那么它在应用中可能无法有效滤除有害信号，这通常意味着该陷波器的质量不够理想。
滤波器自激通常指的是滤波器在特定条件下，由于某些参数的不匹配或设计问题，导致信号在传输过程中产生自激振荡的现象。这种自激振荡可能是由于电路中滤波器驻波性能不好，使放大器输入输出失配，信号经发射后又回到输入端而产生的。在电路中，当滤波器的设计或参数调整不当时，就可能出现自激现象。
为了消除滤波器的自激振荡，可以采取一系列措施，如增加负反馈、改变系统特性、使用稳定的时钟源等。此外，还可以通过调整LC椭圆函数滤波器元件值、在放大器输入输出端增加旁路电容等方法来消除高频自激振荡。
运放（运算放大器）的带宽限制主要源于其内部结构和物理特性。运放内部主要由半导体管子构成，这些半导体管子会引入寄生电容。由于寄生电容的存在，运放在高频段的增益必然会有衰减。因此，随着频率的增加，运放的放大能力会逐渐降低。为了满足稳定性和相位裕量的要求，运放的设计者通常会通过内部补偿手段来调整其频率响应。这些补偿措施可能会限制运放在高频段的放大能力，从而形成了带宽限制。多级运放的使用也是导致带宽限制的一个因素。每一级运放都会引入新的极点，而这些极点会影响运放的开环增益和相位响应。为了保证环路稳定性，设计者需要对这些极点进行补偿，这通常会牺牲一部分高频性能，从而限制了带宽。
滤波器的品质因数Q可调的作用是什么：
选频特性优化：滤波器的品质因数决定了其选频特性。当Q值较高时，滤波器的选频特性较好，即对中心频率的信号响应较强，而对偏离中心频率的信号响应较弱。通过调整Q值，可以优化滤波器的选频特性，使其更好地满足特定应用的需求。
带宽控制：滤波器的带宽与Q值密切相关。通过调整Q值，可以控制滤波器的带宽，从而实现对不同频率范围内信号的滤波效果。例如，在需要滤除特定频率范围的噪声时，可以通过调整Q值来改变滤波器的带宽，使其覆盖该噪声频率范围。
滤波器性能调整：品质因数的可调性使得滤波器的性能更加灵活可控。在不同的应用场景下，可能需要对滤波器的性能进行微调，以达到最佳效果。通过调整Q值，可以实现对滤波器性能的优化，包括改善滤波效果、降低失真等。