有源滤波器电路的设计.pptx

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1、 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。滤波器的用途 例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。低通低通滤波器滤波器二、实验原理第1页/共25页 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是由晶体管或集成运放等有源器件和电阻、电容构成的。低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）有源滤波电路的分类第2页/共25页 （一）低通滤波器（1）通带增益A Av vp p 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率f fp p

2、其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。1.主要技术指标第3页/共25页2.一阶有源滤波器 电路特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。(2)传递函数 当 f=0时，电容视为开路，通带内的增益为(1)(1)通带增益(3)(3)幅频响应第4页/共25页 3.二阶压控型低通滤波器(2)传递函数(1)(1)通带增益Q:品质因数 第5页/共25页 (3)二阶压控型低通滤波器幅频响应Q=0.7,幅频特性较为平坦：结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec 。第6页/共25页附：二阶反相型低通有源滤波器频率响应为其中：第7页/共25

3、页（二）有源高通滤波器(1)通带增益(2)传递函数其中：第8页/共25页结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec。(3)(3)频率响应Q=0.7,幅频特性较为平坦：第9页/共25页附：二阶反相型高通有源滤波器C3 C2 C1 R2 R1 通带增益 截止频率 第10页/共25页（三）有源带通滤波器(BPF)(BPF)(1)中心的频率(3)品质因素：(2)中心频率处的电压放大倍数(4)通带宽度：CC第11页/共25页附：二阶反相型带通有源滤波器(2)中心频率处的电压放大倍数R1R2R3CC(1)中心的频率(3)品质因素：第12页/共25页（四）有源带阻滤波器(BPF)(BPF)(1

4、)阻带中心的频率(3)品质因素：(2)通带的电压放大倍数简化计算，取值处理：R1=R2=R=2R3，C1=C2=C，C3=2C 第13页/共25页(1)阻带中心的频率(3)品质因素：(2)通带的电压放大倍数附：二阶反相型带阻有源滤波器简化计算，取值处理：第14页/共25页 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值。具体步骤如下：（1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。（2）选择具体的电路形式。（3）根据电路的传递函数归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。（4）解方程组求出电路中元件的具体数值。1 1、

5、设计步骤三、设计方法第15页/共25页2 2、设计举例例1要求设计一个有源低通滤波器，指标为：截止频率 fC=1kHz，通带电压放大倍数：Avo=2，在f=10fc时，要求幅度衰减大于30dB。（1）由衰减估算式：20ndB/十倍频，算出n=2。（2）选择下图为低通滤波器的电路形式。取运放静态平衡要求（3）建立起系数的方程组第16页/共25页元件的取值方法有下面几种：当Av0=1时，先取R1=R2=R，然后再计算C1和C2。当Av01时，取R1=R2=R，C1=C2=C。先取C1=C2=C，然后再计算R1和R2。此时C必须满足：先取C1，接着按比例算出C2=KC1，然后再算出R1和R2的值。其

6、中K必须满足条件：KAf+-1 四个式子中共有六个未知数，先根据方法 确定电容：第17页/共25页R1=11.25k、R2=22.51k、R3=R4=67.54k 取值靠近部标系列R1=12k、R2=22k、R3=R4=68k 第18页/共25页例2要求设计一个有源高通滤波器，指标要求为：截止频率 fC=500Hz，通带电压放大倍数为：Avo=1 在f=0.1fC时，要求幅度衰减大于60dB。（1）由衰减估算式：20ndB/十倍频算出n 3。（2）由两级性能相同的二阶高通滤波电路构成，如下图所示：第19页/共25页（3）建立起系数的方程组两级级联对数幅频特性 当f=fc时 Q=0.84 取：C

7、=0.022F R1=8.6kR2=24.3k 取：R1=8.2k R2=22k 运放静态平衡要求R4=R2=22k第20页/共25页例3 3要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为：通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数：带宽：电路形式：R1R2R3CC第21页/共25页(一)设计任务1.要求设计一个有源低通滤波器，指标为：截止频率fC=4.4kHz，通带电压放大倍数Avo=1，在f=10fc时，要求幅度衰减大于60dB。2.要求设计一个有源高通滤波器，指标要求为：截止频率 fC=500Hz，通带电压放大倍数Avo=2，在f=0.1fc时，要求幅度衰减大于30dB。3.设计一个带通滤波

8、器,通带中心频率fC=1kHz；通带中心频率处的电压放大倍数：Avo=10；带宽：Q=5。4.设计一个带阻滤波器,通带中心频率fC=1kHz；通带中心频率处的电压放大倍数：Avo=10；带宽：Q=5。5设计一个带通滤波器,主要指标：总增益为1；通带频率范围为300Hz3000Hz，通带内允许的最大波动为-1db+1db；阻带边缘频率范围为225Hz和4000Hz、阻带内最小衰减为15db。四、实验内容与要求第22页/共25页（二）实验内容对每个设计任务，均需完成：1.根据要求，选用合适的滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出满足技术指标要求的滤波器。2.用Pspise对设计进行仿真，计算截止频率、中心频率，带宽及品质因数等指标参数，并与理论计算进行比较，如有必要修改电路参数。第23页/共25页1.写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路元件参数。2.列出Pspice仿真结果。求出截止频率、中心频率，带宽及品质因数等指标参数，并与理论设计值进行比较，分析误差原因。3.回答问题：（1）如何设计中心频率可变的带通或带阻滤波器？（2）讨论运算放大器的闭环增益对有源滤波器特性的影响？五、实验报告及思考题第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页