有源滤波器的设计课件.ppt

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1、有源滤波器的设计设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。滤波器：是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器对干扰信号进行有效的抑制。有源滤波器的设计1．用LC网络组成的无源滤波器，仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成特点：低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点。滤波器的分类：2．集成运放和RC网络组成的有源滤波器，不仅由无源元件，

2、还由有源元件（双极型管、单极型管，集成运放）组成优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面。缺点：因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)四种理想滤波器的幅频特性（a）LPF(b)HPF(c)BPF(d)BEF理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的滤波器。一般来说，滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率越快，越接近理想的滤波器，但RC网络的阶数越多，元件参数计算越繁琐，电路

3、调试越困难。所以这里主要介绍具有巴特沃斯响应的二阶有源滤波器的基本设计方法。实际滤波器的幅频特性（a）LPF(b)HPF(c)BPF(d)BEF电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差一阶低通滤波器电路及幅频特性一阶低通滤波电路其传递函数为通带放大倍数该滤波器每阶RC电路衰减－20dB／10倍频程，即每级滤波器－40dB／10倍频程二阶低通滤波电路注：当Q值较大或者较小时，通带边沿处会出比较大的不平坦现象。因此，品质因数表明了滤波器通带的状态。一般要求Q=0.707图中取C1=C2=C联立解得:=（低频通用表达式）其中：通带增益，固有角频率品质因数Q:品质因数，物理意义是f=

4、fn时，电压放大倍数与通带放大倍数之比,表明了滤波器通带的状态。滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(1~10)Hz（10~102）Hz（102~103）Hz（1~10）KHz（10~103）KHz（102~103）KHzC(20~10)F（10~0.1）uF（0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF当=则这样要求:滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系二阶有源高通HPF与LPF几乎具有完全的对偶性，把低通电路图中的R和C位置互换就构成如图所示的二阶有源HPF。二者的参数表达式与特性也有对偶性传递函数通带增益令则可得出频响

5、表达式，当即带通滤波器fp1下限截止频率,fp2上限截止频率:可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带宽，势必输出电压较小。带通滤波器电路结构47kΩ47kΩ27kΩ27kΩ8.2kΩ8.2kΩ8.2kΩ8.2kΩ0.068μF0.068μF0.068μF0.068μFViVoAA12图中计算出高通的截止频率300Hz,低通的截止频率f=3000Hz故带通频率为BW=2700Hz试验要求：采用RC元件与运算放大器组成二阶有源低通滤波器和高通滤波器。要求截止频率和导通频率为10KHz。采用信号源产生不同频率的输入信号。采用双踪示波器观察输入信号

6、和输出信号，画出幅频特性曲线。（选做）：带通滤波器、调整器件参数修改截止频率和导通频率。试验仪器：直流稳压电源函数信号发生器双踪示波器毫伏表万用表试验准备：1.复习运算放大器和滤波器的工作原理。2.预习有源滤波器的基本设计方法。3.复习幅频特性的测试方法。4.设计电路并进行参数选取，设计实验步骤,提交电路的原理图和版图