《阶有源滤波器设计》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有源滤波器基础知识,电子实习,二阶无源RC低通滤波器,通带截止频率f,p,：,问题的引入,Q=1/3=0.33，在,=o附近增益不能调节,一阶RC滤波电路,Q=0.707,二阶无源滤波器,如果希望Q大于0.5，就需要在,=o附近增大幅度响应。,对于,/o1，C,2,产生的短路使得u,o,太小而无法起作用；,实现这个目的的一种方法就是增加一个可控的正反馈控制量，这种反馈仅仅在,=o,附近奏效，参见右图。,有源滤波电路一般由,RC,网络和集成运放组成，因而必须在适合直流电源作用下才能正常工作；,不用电感，故体积小，重量轻，不需加磁屏蔽；,可加,电压串联负反馈，使,R,i,高,、,R,o,低，在输入与输出之间有良好的隔离性。,除能滤波外，还能将信号放大，而且,A,u,易调节。,不适宜高电压大电流的负载，只适用于信号处理。,不适宜高频范围，频率范围,10,-3,10,6,Hz,。,有源滤波电路特点,有源滤波器的分类,1）低通滤波器（LPF）,2）高通滤波器（HPF）,3）带通滤波器（BPF）,4）带阻滤波器（BEF）,通常有源滤波器可分为以下几种：,5）全通滤波器（APF）：,不具有阻止输入信号中噪声等不需要的频率成分通过能力，但与其它滤波器组合可以用于相位特性的补偿。,滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数,A,up,、通带截止频率,f,o,及阻尼系数,Q,等。,二阶有源滤波器的分类,无限增益多路反馈型（MFB）,运放为反相输入，输出端通过C,2,R,3,形成两条反馈支路。其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节对其性能参数会有影响，故应用范围比VCVS电路要小。,压控电源型（VCVS）,同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称电压控制电压源电路。其优点是,电路性能稳定、增益容易调节,。,任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。,下面主要介绍二阶有源滤波器的设计,10,/,0,1,0.01,10,-3,0,-3dB,-40dB/十倍频,0.1,3dB,0,-90,0,-180,0,/0,1,二阶有源滤波器设计原则,Q=0.707,构成巴特沃思滤波器（常用）,，,构成贝塞尔滤波器,Q=1,切比雪夫滤波器,1）品质因数Q的选择（对有源二阶）,二阶有源滤波器设计原则,2）元器件的选择（参见下表）,f,o,（Hz）,C（,F）,f,o,（Hz）,C（pF）,110,2010,10,3,10,4,10,4,10,3,1010,2,100.1,10,4,10,5,10,3,10,2,10,2,10,3,0.10.01,10,5,10,6,10,2,10,表1 f,o,与C的对应关系,二阶有源滤波器设计方法,在滤波器设计时，通常给定的设计指标：,截止频率,fo,、通带内增益,A,up,及滤波器品质因数,Q,（,二阶通常取0.707,）,仅有f,o,、A,up,、Q这三个值求电路中所有的的RC值是相当困难的,例如：二阶压控低通滤波器,需先确定一个或几个元件值，再解上面几个方程，这是很繁琐的工作，为设计方法，引入查表法，实现快速设计。,1)二阶有源压控低通滤波器,二阶有源滤波器的设计,A,up,=1+R,4,/R,3,R,1,=R,2,=R,C,1,=C,2,=C,Q=1/(3-A,up,),Aup3,系统稳定,2R,1,=R,3,/R,4,Q=0.707,A,up,=1,R,1,=R,2,=R,C,1,=2QC，C,2,=C/2Q,Q=0.707,C,C,：0.0010.1,R,C,=R,1,+R,2,RcCc防止振荡,元件,1,2,4,6,8,10,R,1,1.42,1.126,0.824,0.617,0.521,0.162,R,2,5.399,2.250,1.537,2.051,2.429,2.742,R,3,开路,6.752,3.148,3.203,3.372,3.560,R,4,0,6.752,9.444,16.012,23.602,32.038,C,2,0.33C,1,C,1,2C,1,2C,1,2C,1,2C,1,Aup,表2 二阶有源压控滤波器电路对应的元件元件值,二阶有源滤波器的设计,注：上表中电阻值为引入参数Ko=1的值，单位为k,；Ko能为引入参数,，Ko=100/（foC,1,），,式中C,1,单位为,F，fo的单位为Hz,Ko值不能太大,否则会使电阻取值较大，通常取1 ko10,查表设计法,设计一个有源滤波器，要求Aup=2，fo=20Hz,二阶有源滤波器的设计,选择C,1,根据表1，当fo=20Hz，C,1,=1,F,计算引入参数Ko,Ko=100/（foC,1,）=5,R,1,=51.126=5.63k,R,2,=52.252=11.3k,R,3,=56.752=33.76k,R,4,=56.752=33.76k,C,2,=C,1,=1,F,验算,应用举例,2）,无限增益多路负反馈二阶低通滤波器,电压放大倍数,为f=0时放大倍数,二阶有源滤波器的设计,R,3,起什么作用？,起正反馈作用，提高Q值,二阶有源滤波器的设计,C,1,=3QC，C,2,=C/3Q,R,1,=R,2,=R,3,A,up,1,2,6,10,R,1,3.11,2.565,1.697,1.625,R,2,4.072,3.292,1.977,4.723,R,3,3.11,5.13,10.180,16.232,C,2,0.2C,1,0.15C,1,0.05C,1,0.033C,1,注：上表中电阻值为引入参数Ko=1的值，单位为k,；Ko为引入参数，Ko=100/（foC,1,），式中C,1,单位为,F，fo的单位为Hz。,Ko值不能太大,否则会使电阻取值较大，通常取1 ko10,应用举例,设计一个有源滤波器，要求A,up,=6，f,o,=20Hz,选择C,1,由表1可知，当fo=20Hz，C,1,=1,F,计算引入参数Ko,Ko=100/（foC,1,）=5,R,1,=Ko1.697=8.5k,R,2,=Ko1.977=9.855k,R,3,=Ko10.18=50.9k,C,2,=0.05C,1,=0.05,F,二阶有源滤波器的设计,二阶有源滤波器的设计,3)二阶有源压控高通滤波器,Q=0.707,R,1,=R/2Q,R,2,=2QR,A,up,=1+R,4,/R,3,R,1,=R,2,=R,A,up,=3-1/Q=1+R,4,/R,3,R,4,=R,3,（2-1/Q）,Q=0.707,参数设计,查表设计法,A,up,1,2,4,6,8,10,R,1,1.125,1.821,2.592,3.141,3.593,3.985,R,2,2.251,1.391,0.977,0.806,0.705,0.636,R,3,开路,2.782,1.303,0.968,0.806,0.706,R,4,0,2.782,3.910,4.838,5.640,6.356,表4 二阶有源压控高通滤波器电路对应的元件元件值,二阶有源滤波器的设计,注：上表中电阻值为引入参数Ko=1的值，单位为k,；Ko能为引入参数，Ko=100/（foC,1,），式中C,1,单位为,F，fo的单位为Hz,Ko值不能太大,否则会使电阻取值较大，通常取1 ko10,二阶有源滤波器的设计,4)二阶无限增益多路反馈高通滤波器,R,1,=R/3Q，R,2,=3QR,C,1,=C,A,up,1,2,5,10,R,1,0.750,0.900,1.023,1.072,R,2,3.376,5.627,12.379,23.634,C,1,C,0.5C,0.2C,0.1C,注：上表中电阻值为引入参数Ko=1的值，单位为k,；,二阶有源滤波器的设计,5)二阶有源带通滤波器,Q可取4、5、6、8、10）,Q可取5、6、7、8、10）,取R,4,=R,5，,C=C1,A,up,1,2,4,6,8,10,R,1,12.732,6.366,3.183,2.122,1.592,1.273,R,2,2.251,2.459,2.925,3.456,4.039,4.667,R,3,1.135,1.229,1.189,1.12,1.035,0.946,R,4,R,5,4.502,4.918,5.850,6.912,8.078,9.334,(压控)电路元件值（Q=4）,(多路反馈)电路元件值（Q=4）,A,up,1,2,4,6,8,10,R,1,7.958,3.979,1.989,1.326,0.995,0.796,R,2,0.162,0.166,0.173,0.181,0.189,0.199,R,3,15.915,15.915,15.915,15.915,15.915,15.915,1 运算放大器应用电路设计，（日）马场清太朗著,电子电路设计,，赵家贵主编，中国计量出版社,测控技术与仪器实践能力训练教程,，林玉池、毕玉玲、马凤鸣主编,测量电子电路设计,滤波器篇,，,日,远坂俊昭著,集成运放应用电路设计,360,例,，王昊、李昕编著,基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计,，,美,赛尔吉欧,佛朗哥,有源滤波器设计的参考资料,二阶有源滤波器的设计,老师验收学生制作有源滤波器要求,1、要求学生电路图画规范（电源、电容正负极，参数标注等）,2、要求学生画出有源滤波器输入、输出波形，并写出截止频率,3、指导老师在检查学生作品时，要检查,输入输出波形,，截止频率等。,4、对自主设计滤波器同学，如发现后面验收的与前面电路、参数都相同，先做出的同学加12分，后面学生加8分。,谢谢！,