有源滤波器设计范例.doc

模拟电路设计实战宝典（侯长波）一、低通滤波器的设计低通滤波器的设计是已知（截止频率）、（直流增益）、（在截止频率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源低通滤波器和无限增益多路反馈低通滤波器。下面分别介绍：（一）二阶压控电压源低通滤波器图1二阶压控电压源低通滤波器原理图 由上式可知，可通过先调整来先调整，然后通过调整来调整值。对于巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔三种类型二阶LPF的值分别为0.707、1、0.56。1、等值元件KRC电路设计令和，简化上述各式，则得出的设计方程为由上式可知，值依赖于值大小。为了将增益从现在的降到另一个不同的值，应用戴维南定理，用分压器和取代，同时确保不受替换的影响，需符合下式：电路连接如图2所示。图2二阶压控电压源低通滤波器等值法原理图2、参考运算放大器应用技术手册（1）选取C1（2）（3）电容扩展系数（4）（5）（6）（7）选取，则【范例1】 设计一低通滤波电路，要求其截止频率为10kHz，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。设计步骤：1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k数量级。表1 给出截止频率与电容值的选择参考对照表。表1 截止频率与所选电容的参考对照表 10100Hz0.11kHz110kHz10100kHzC10.1uF0.10.01uF0.010.001uF1000100pF设电容C的取值为1nF，取标称值，（2）根据K确定电阻和的值换算成对数为取，则，取标称值590（3）如果修改增益为1，则计算可得3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。【范例2】设计一低通滤波电路，要求其截止频率为10kHz，直流增益=10，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k数量级。表1 给出截止频率与电容值的选择参考对照表。表2 截止频率与所选电容的参考对照表 10100Hz0.11kHz110kHz10100kHzC10.1uF0.10.01uF0.010.001uF1000100pF（1）选取C1，设电容的取值为1nF，则（2）电容扩展系数（3）（4）（5）（6）选取=1k，则3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。（二）二阶无限增益多路反馈低通滤波器图3 二阶无限增益多路反馈低通滤波器原理图由上式可知，可通过先调整来先调整，然后通过调整来调整值。参考运算放大器应用技术手册（1）选取C2（2）（3）（5）（6）（7）【范例3】设计一低通滤波电路，要求其截止频率为10kHz，通带增益H=10，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择无限增益多路反馈低通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k数量级。表1 给出截止频率与电容值的选择参考对照表。表3 截止频率与所选电容的参考对照表 10100Hz0.11kHz110kHz10100kHzC10.1uF0.10.01uF0.010.001uF1000100pF（1）选取C2，设电容C2的取值为1nF，则（2）（3）（4）（5）3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。二、带通滤波器的设计带通滤波器的设计是已知（中心频率）、（谐振增益）、（，BP为带通滤波器带宽）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源带通滤波器和无限增益多路反馈带通滤波器。下面分别介绍：（一）二阶压控电压源带通滤波器图4二阶压控电压源带通滤波器原理图式中，由上式可知，可通过先调整来先调整，然后通过调整来调整值。1、等值元件KRC电路设计如果，令和，简化上述各式，则得出的设计方程为由上式可知，K值依赖于值大小。为了将增益从现在的降到另一个不同的值，应用戴维南定理，用分压器和取代，同时确保不受替换的影响，需符合下式：电路连接如图5所示。图5二阶压控电压源带通滤波器等值法原理图2、自己推导的设计方法假设，则令，则求解上述方程可得设计步骤为：（1）选取C（2）（3）（4）（5）选取，则【范例4】 设计一带通滤波电路，要求其中心频率为10kHz，-3dB带宽为2kHz， 谐振增益为，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。设计步骤：1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择二阶压控电压源带通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k数量级。表1 给出截止频率与电容值的选择参考对照表。表1 截止频率与所选电容的参考对照表 10100Hz0.11kHz110kHz10100kHzC10.1uF0.10.01uF0.010.001uF1000100pF设电容C的取值为1nF，（2）根据K确定电阻和的值取，则 （3）=13.144（4）如果修改增益为1，则计算可得3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。【范例5】设计一带通滤波电路，要求其截止频率为10kHz，-3dB带宽为2kHz，谐振增益为，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择二阶压控电压源带通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k数量级。表1 给出截止频率与电容值的选择参考对照表。表1 截止频率与所选电容的参考对照表 10100Hz0.11kHz110kHz10100kHzC10.1uF0.10.01uF0.010.001uF1000100pF（1）选取C，设电容的取值为1nF，则（2）由可得（3）（4）（5）选取=1k，则 3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。（二）二阶无限增益多路反馈带通滤波器图6 二阶无限增益多路反馈带通滤波器原理图习惯令，则相应的设计方程为为了将增益从现在的降到另一个不同的值，应用戴维南定理，用分压器和取代，同时确保不受替换的影响，需符合下式：解得方程电路连接如图7所示。图7 二阶无限增益多路反馈带通滤波器原理图（1）选取C（2）（3）（4）【范例6】设计一带通滤波电路，要求其截止频率为10kHz，通带增益H=10，处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数。（1）由衰减速率要求/十倍倍频40dB/十倍频程，算出 = 2。（2）根据题目要求，选择无限增益多路反馈带通有源滤波电路形式。2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。（1）根据滤波器的特征频率选取电容C和电阻R的值。电容C的大小一般不超过1uF，电阻R