RC有源滤波器的快速设计课件

1、1. 滤波器的基础知识1第1页，共21页。2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。 第2页，共21页。3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第3页，共21页。40fA0.707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第4页，共21页。5d. 根据滤波器的阶数一阶滤波器二阶滤波器高阶滤波器e. 根据采用的元器件不同无源滤波器

2、有源滤波器滤波器的阶数越高，性能越好。第5页，共21页。6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优点通带信号有能量损耗负载效应比较明显缺点CRRL无源高通滤波器第6页，共21页。7(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。缺点第7页，共21页。8一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别0-3d

3、bAF理想低通一阶低通二阶低通阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器第8页，共21页。2. 低通有源滤波器9第9页，共21页。10电路由RC低通 同相比例放大器组成同相比例放大器有uou+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第10页，共21页。11U一级RC二级RC同相比例运算电路uou+2）简单二阶低通有源滤波电路 第11页，共21页。12 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

4、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R4-+Uo(S)R3R2C1Ui(S)U+(S)CR1M 二阶压控电压源低通滤波电路（1）（2）第12页，共21页。13（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。12+_+_._+第13页，共21页。14常用有源滤波器传递函数的一般表达式 滤波器类型 传递函数 通带增益 一阶低通滤波器 一阶高通滤波器 二阶低通滤

5、波器 二阶高通滤波器 二阶带通滤波器 二阶带阻滤波器 第14页，共21页。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 Bessel15第15页，共21页。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。16R3 33.75kR4 33.75kR1 5.63kC 0.

6、01uFR2 11.2kC1 0.01uF第16页，共21页。17第17页，共21页。（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：1K10.18第18页，共21页。19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=6.752KR4=6.752K第19页，共21页。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。201、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。第20页，共21页。5、电容：必须选用损耗小的优质电容，电容的取值一般