RC有源滤波器的快速设计.ppt

1,5.6 RC有源滤波器的快速设计,滤波器的基础知识 低通有源滤波器 3. 快速设计方法-滤波器特性的逼近,1. 滤波器的基础知识,2,3,功能: 允许信号中某一部分频率的分量通过。,通带: 能够通过信号的频率范围。,阻带: 不能够通过信号的频率范围。,截止频率: 通带和阻带之间的分界频率。,4,滤波器的分类,a. 根据处理的信号不同分为,b. 根据使用的滤波元件不同分为,数字滤波器,模拟滤波器,RC型,LC型,RLC型,c. 根据工作频率不同分为,低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,全通滤波器,5,0.707,实际低通滤波器的幅频特性,实际特性,理想特性,阻带,过渡带,通带,6,一阶滤波器,二阶滤波器,高阶滤波器,无源滤波器,有源滤波器,滤波器的阶数越高，性能越好。,7,组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。,体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。,(a) 无源滤波器,电路简单,高频性能好,工作可靠,通带信号有能量损耗,负载效应比较明显,8,(b) 有源滤波器,电路体积小、重量轻。,通带内的信号可以放大。,精度高、性能稳定、易于调试。,负载效应小。,组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。,优点,可以多级相连，用低阶来构成高阶滤波器。,通带范围小，受到运放的限制。,需要直流电源。,适用于低频、低压、小功率等场合。,缺点,9,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器,2. 低通有源滤波器,10,11,电路由RC低通 同相比例放大器组成,同相比例放大器有,uo,u+,ui,电路的传递函数为,电路特点:具有较高输入电阻和较低的输出电阻，还具有电压放大作用。由于式中s为一次幂，所以称一阶LPF。,1）一阶低通有源滤波器,12,U,一级RC,二级RC,同相比例运算电路,uo,u+,2）简单二阶低通有源滤波电路,13,3) 二阶压控电压源低通滤波电路,简单的二阶低通滤波器可在一阶的基础上，加一节无源RC低通滤波环节就可构成。只不过这种电路在f0附近，幅频特性与理想特性之差比一阶的还大。将电容C1改接至运放输出端，组成二阶压控电压源低通滤波电路。对此电路可列出方程式,二阶压控电压源低通滤波电路,（1）,（2）,14,（4） 二阶MFB有源低通滤波器,无限增益多路反馈型二阶有源低通滤波器,它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。二阶反相型LPF的改进电路 ；输出端通过C1、R2形成两条反馈支路，故称为无限增益多路反馈电路。,15,常用有源滤波器传递函数的一般表达式,3.快速设计方法-滤波器特性的逼近,理想滤波器要求幅频特性A(w)在通带内为一常数，在阻带内为零，没有过渡带，还要求群延时函数在通带内为一常量，这在物理上是无法实现的。实践中往往选择适当逼近方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。 测控系统中常用的三种逼近方法为： 巴特沃斯逼近 Butterworth 切比雪夫逼近 Chebyshev 贝赛尔逼近 Bessel,16,设计,例：设计一个二阶压控电压源低通滤波器，要求截止频率fc=2kHz,增益Av=2。,17,R3 33.75k,R4 33.75k,R1 5.63k,C 0.01uF,R2 11.2k,C1 0.01uF,18,（2）根据截止频率fc ，查图确定电容的标称值，使其满足 K=100/(fc*C), K的 取值范围：1K10.,19,20,取c=0.01uf ，算得 K5。,取c=0.01uf ，算得 K5。,取c1=0.01uf ， K1时的电阻，R1=1.126K, R2=2.25K, R3=6.752K R4=6.752K,四、滤波器设计注意事项,3、运放的选用：应根据工作频率范围选择合适的运放。在构成较高频率的有源滤波器时，不但应选用增益带宽积高的，且要注意选择转换速率SR高的运放。,21,1、利用滤波器串联的方式，可以实现高阶滤波器。 例：一阶二阶低通三阶低通,2、利用滤波器串联的方式，可以实现带通滤波器。 例：低通高通带通（fH fL）,4、电阻：应选用温度系数小的电阻，且精度高一些。电阻的取值一般是：1K-100K。,5、电容：必须选用损耗小的优质电容，电容的取值一般是大于