二阶有源滤波器设计

电子实习 二阶无源RC低通滤波器 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的引入 Q=1/3=0.33，在ω=ωo附近增益不能调节 一阶RC滤波电路 Q=0.707 -20dB/+倍频 -3dB 0 -40dB/+倍频 1 10 0.372 二阶无源滤波器 如果希望Q大于0.5，就需要在ω=ωo附近增大幅度响应。 对于ω/ωo<<1，C1的阻抗太大而无法反馈太多信号 对于ω/ωo=1附近存在正反馈，可以通过改变Aup来进行调整，以获得要求的峰值。 对于ω/ωo>>1，C2产生的短路使得uo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ω=ωo附近奏效，参见右图。 + - R1 R2 C2 C1 + ui uo R3 R4 -20dB/+倍频 -3dB 0 -40dB/+倍频 1 10 0.372 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Ri高、Ro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Au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10-3～106Hz。 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Aup、通带截止频率fo及阻尼系数Q等。 二阶有源滤波器的分类 ② 无限增益多路反馈型（MFB）——运放为反相输入，输出端通过C2R3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。 ① 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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 + - R1 R2 C2 C1 + ui uo R3 R4 - + ∞ + R1 R2 C1 + - ui uo + - + R3 + C2 二阶有源滤波器设计原则 ⑴ Q=0.707,构成巴特沃思滤波器（常用） ⑵ ，构成贝塞尔滤波器 ⑶ Q=1,切比雪夫滤波器 1）品质因数Q的选择（对有源二阶） 贝塞尔滤波器 切比雪夫滤波器 -6dB 巴特沃思滤波器 二阶有源滤波器设计原则 2）元器件的选择（参见下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ） 表1 fo与C的对应关系 fo（Hz） C（μF） fo（Hz） C（pF） 1～10 20～10 103～104 104～103 10～102 10～0.1 104～105 103～102 102～103 0.1～0.01 105～106 102～10 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Aup及滤波器品质因数Q（二阶通常取0.707） 仅有fo、Aup、Q这三个值求电路中所有的的RC值是相当困难的 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 RcCc防止振荡 + - R1 R2 Rc C2 C1 Cc + + - R1 R2 C2 C1 + ui uo R3 R4 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kΩ；Ko能为引入参数，Ko=100/（foC1），式中C1单位为μF，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 ≤ ko≤10 查表设计法 元件 1 2 4 6 8 10 R1 1.42 1.126 0.824 0.617 0.521 0.162 R2 5.399 2.250 1.537 2.051 2.429 2.742 R3 开路 6.752 3.148 3.203 3.372 3.560 R4 0 6.752 9.444 16.012 23.602 32.038 C2 0.33C1 C1 2C1 2C1 2C1 2C1 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 ① 选择C1 根据表1，当fo=20Hz，C1=1μF ② 计算引入参数Ko ③ 验算 应用举例 + - R1 R2 C2 C1 + ui uo R3 R4 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 R3起什么作用？ 起正反馈作用，提高Q值 - + ∞ + R1 R2 C1 + - ui uo + - + Vcc R3 + C2 Vcc R4 R5 C3 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kΩ；Ko为引入参数，Ko=100/（foC1），式中C1单位为μF，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 ≤ ko≤10 Aup 1 2 6 10 R1 3.11 2.565 1.697 1.625 R2 4.072 3.292 1.977 4.723 R3 3.11 5.13 10.180 16.232 C2 0.2C1 0.15C1 0.05C1 0.033C1 - + ∞ + R1 R2 C1 + - ui uo + - + Vcc R3 + C2 Vcc R4 R5 C3 应用举例 ⑶ 设计一个有源滤波器，要求Aup=6，fo=20Hz ① 选择C1 由表1可知，当fo=20Hz，C1=1μF ② 计算引入参数Ko Ko=100/（foC1）=5 R1=Ko×1.697=8.5kΩ R2=Ko×1.977=9.855kΩ R3=Ko×10.18=50.9kΩ C2=0.05×C1=0.05μF 二阶有源滤波器的设计 - + ∞ + R1 R2 C1 + - ui uo + - + Vcc R3 + C2 Vcc R4 R5 C3 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 R1=R/2Q R2=2QR + - R1 C R2 C + ui uo R3 R4 + - C C + ui uo R1 R2 参数设计 查表设计法 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kΩ；Ko能为引入参数，Ko=100/（foC1），式中C1单位为μF，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 ≤ ko≤10 Aup 1 2 4 6 8 10 R1 1.125 1.821 2.592 3.141 3.593 3.985 R2 2.251 1.391 0.977 0.806 0.705 0.636 R3 开路 2.782 1.303 0.968 0.806 0.706 R4 0 2.782 3.910 4.838 5.640 6.356 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 注：上表中电阻值为引入参数Ko=1的值，单位为kΩ； Aup 1 2 5 10 R1 0.750 0.900 1.023 1.072 R2 3.376 5.627 12.379 23.634 C1 C 0.5C 0.2C 0.1C - + ∞ + R1 + - ui uo + - R2 C1 C C 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R4=R5，C=C1 - + ∞ + R1 + - ui uo + - R4 R3 C1 C R5 R2 - + ∞ + R1 + - ui uo + C1 C R3 R2 (压控)电路元件值（Q=4） (多路反馈)电路元件值（Q=4） Aup 1 2 4 6 8 10 R1 12.732 6.366 3.183 2.122 1.592 1.273 R2 2.251 2.459 2.925 3.456 4.039 4.667 R3 1.135 1.229 1.189 1.12 1.035 0.946 R4R5 4.502 4.918 5.850 6.912 8.078 9.334 Aup 1 2 4 6 8 10 R1 7.958 3.979 1.989 1.326 0.995 0.796 R2 0.162 0.166 0.173 0.181 0.189 0.199 R3 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。