有源滤波器电路的设计PPT课件

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

2、 fp p 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。101RRAAfVFCiSAsVsVsA1)()()(00称特征频率，)/(1RCC(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20)(1)(CAjA第4页/共25页 二阶压控型低通滤波器222)()()(cccvoiOsQsASVSVSA(2)传递函数2121/1CCRRC(1)(1)通带增益341RRAvo1212111)1

3、(11CRACRCRQvocQ: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ccvoffQjffAVA11)(2Q=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 。 Cff 第6页/共25页附：二阶反相型低通有源滤波器频率响应为020p1j)(1ffQffAAvv1fpRRAvf221021RRCCf 2f21f21)(CRRCRRRQ其中：第7页/共25页（二）有源高通滤波器 (1)通带增益34p+1=RRAv(2)传递函数22)(ccvoVsQssASA1122121)1 (11CRACRCRQvoc21211CCRRc其中：第8页

4、/共25页结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec。 Cff (3)(3)频率响应ffQjffAAccvoV112Q=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 31CCAvo通带增益 232121CCRRfc截止频率 323212111CCCCCRQc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：212311121RRCRfo)1 (112111213213fARRRRRRQ32111)1 (11RARRRAAffvo(2)中心频率处的电压放大倍数451RRAfQfffBW

5、o12(4)通带宽度：CC)1 (11212130fARRRCQ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 212311121RRCRfo132RRAvo(3)品质因素：302CRQ第12页/共25页（四）有源带阻滤波器(BPF)(BPF) (1)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 RCf210)2(21fAQ451RRAf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

6、相型带阻有源滤波器简化计算，取值处理：51432RRRR5163462RRRRRRAvo2123011121RRCRfCRQ302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、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

7、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。 22Q取2RR1A34vo3212110221ccfCCRR322121110221)1 (11CRACRCRQvoc4321/ RRRR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=

8、KC1，然后再算出R1和R2的值。其中K必须满足条件： KAf+ -1)(1021FfCCCc241Q2RR1A34vo3212110221ccfCCRR322121110221)1 (11CRACRCRQvoc4321/ RRRR 四个式子中共有六个未知数 ，先根据方法 确定电容：FFfCCC01. 0)(10021第17页/共25页2RR1A34vo3212110221ccfCCRR322121110221)1 (11CRACRCRQvoc4321/ RRRRFCC01. 021R1=11.25k、R2=22.51k、R3= R4=67.54k 取值靠近部标系列R1=12k、R2=22k、

9、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2c22cvovffQ1ff11lg40AAlg20（3）建立起系数的方程组两级级联对数幅频特性 db3AAlg20vov当f=fc时 Q =0.84 121vovovoAAA121vovoAA50022121211ccfCCRR84. 050021)1 (111112212

10、1CRACRCRQvocFFfCCc02. 0)(1021取：C=0.022F R1=8.6kR2= 24.3k 取：R1=8.2k R2=22k 121vovoAA3R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： Hzf500010voAHzf50电路形式：100ffQR1R2R3CCFCFFfC022. 002. 0)(10050021112123RRCRo10213RRAvo105002230CRQkCQR5 .318203kARRVO925.152316861)(11320

11、2RRCRkR3303kR151 6802R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/