RC有源滤波器的快速设计.ppt

1 5 6RC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 R333 75k R433 75k R15 63k C0 01uF R211 2k C10 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 1 K 10 19 20 取c 0 01uf 算得K 5 取c 0 01uf 算得K 5 取c1 0 01uf K 1时的电阻 R1 1 126K R2 2 25K R3 6 752KR4 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 10pF 6 在实际制作有源滤波器之前 应先根据所设计的电路及元器件值 利用电路仿真软件进行模拟 并利用软件的分析功能对滤波器的各项性能指标进行分析 以减少实际调试工作量 22