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1、有源滤波器的设计第1页，本讲稿共28页设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。第2页，本讲稿共28页滤波器滤波器：是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器对干扰信号进行有效的抑制。第3页，本讲稿共28页1用LC网络组成的无源滤波器，仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成特点特点：低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点。第4页，本讲稿共28页2集成运放和
2、RC网络组成的有源滤波器，不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管，集成运放）组成优点优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面。缺点缺点：因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。第5页，本讲稿共28页根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)四种第6页，本讲稿共28页理想滤波器的幅频特性（a）LPF(b)HPF(c)BPF(d)BEF第7页，本讲稿共28页理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的滤波器。一般来说，滤波器的阶数n越
3、高，幅频特性衰减的速率越快，越接近理想的滤波器，但RC网络的阶数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。所以这里主要介绍具有巴特沃斯响应的二阶有源滤波器的基本设计方法。第8页，本讲稿共28页第9页，本讲稿共28页第10页，本讲稿共28页电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差一阶低通滤波电路一阶低通滤波电路第11页，本讲稿共28页其传递函数为 通带放大倍数第12页，本讲稿共28页该滤波器每阶RC电路衰减20dB10倍频程，即每级滤波器40dB10倍频程第13页，本讲稿共28页注：当Q值较大或者较小时，通带边沿处会出比较大的不平坦现象。因此，品质因数表明了滤波器通带的状态。一般要求Q=0.707第1
4、4页，本讲稿共28页图中取C1=C2=C 联立解得:第15页，本讲稿共28页=（低频通用表达式）第16页，本讲稿共28页其中：通带增益，固有角频率品质因数Q:品质因数，物理意义是f=fn时，电压放大倍数与通带放大倍数之比,表明了滤波器通带的状态。第17页，本讲稿共28页滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(110)Hz（10102）Hz（102103）Hz（110）KHz（10103）KHz（102103）KHzC(2010)F（100.1）uF（0.10.01）uF（104103）pF（103102）pF（10210）pF第18页，本讲稿共28页当=则 这样要求:滤波器工作频率与滤波电容
5、取值的对应关系第19页，本讲稿共28页二阶有源高通二阶有源高通HPF与LPF几乎具有完全的对偶性，把低通电路图中的R和C位置互换就构成如图所示的二阶有源HPF。二者的参数表达式与特性也有对偶性第20页，本讲稿共28页传递函数通带增益 令则可得出频响表达式，当即第21页，本讲稿共28页带通滤波器带通滤波器第22页，本讲稿共28页fp1下限截止频率,第23页，本讲稿共28页fp2上限截止频率:可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带宽，势必输出电压较小。第24页，本讲稿共28页带通滤波器电路结构第25页，本讲稿共28页4747kk 47 47kk2727kk2727k
6、k8.28.2kk8.28.2kk8.28.2kk8.28.2kk0.0680.068FF0.0680.068FF0.0680.068FF0.0680.068FFV Vi iV Vo oA AA A1 12 2图中计算出高通的截止频率300Hz,低通的截止频率f=3000Hz故带通频率为BW=2700Hz第26页，本讲稿共28页试验要求：试验要求：采用RC元件与运算放大器组成二阶有源低通滤波器和高通滤波器。要求截止频率和导通频率为10KHz。采用信号源产生不同频率的输入信号。采用双踪示波器观察输入信号和输出信号，画出幅频特性曲线。（选做）：带通滤波器、调整器件参数修改截止频率和导通频率。第27页，本讲稿共28页试试验验仪仪器器：直流稳压电源 函数信号发生器 双踪示波器 毫伏表 万用表试试验验准准备备：1.1.复复习习运运算算放放大大器器和和滤滤波波器器的的工工作作 原理。原理。2.2.预习有源滤波器的基本设计方法。预习有源滤波器的基本设计方法。3.3.复习幅频特性的测试方法。复习幅频特性的测试方法。4.4.设计电路并进行参数选取，设设计电路并进行参数选取，设计实验步骤计实验步骤,提交电路的原理图和版图提交电路的原理图和版图第28页，本讲稿共28页