RC有源濾波器的快速設(shè)計課件

1、1. 濾波器的基礎(chǔ)知識1第1頁，共21頁。2功能: 允許信號中某一部分頻率的分量通過。通帶: 能夠通過信號的頻率范圍。阻帶: 不能夠通過信號的頻率范圍。截止頻率: 通帶和阻帶之間的分界頻率。 第2頁，共21頁。3濾波器的分類a. 根據(jù)處理的信號不同分為 b. 根據(jù)使用的濾波元件不同分為數(shù)字濾波器模擬濾波器RC型LC型RLC型c. 根據(jù)工作頻率不同分為低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器全通濾波器第3頁，共21頁。40fA0.707實際低通濾波器的幅頻特性實際特性理想特性阻帶過渡帶通帶第4頁，共21頁。5d. 根據(jù)濾波器的階數(shù)一階濾波器二階濾波器高階濾波器e. 根據(jù)采用的元器件不同無源濾波器

2、有源濾波器濾波器的階數(shù)越高，性能越好。第5頁，共21頁。6組成: 由電阻、電容、電感等無源器件組成。體積和重量比較大，電感還會引起電磁干擾。(a) 無源濾波器電路簡單高頻性能好工作可靠優(yōu)點通帶信號有能量損耗負(fù)載效應(yīng)比較明顯缺點CRRL無源高通濾波器第6頁，共21頁。7(b) 有源濾波器電路體積小、重量輕。通帶內(nèi)的信號可以放大。精度高、性能穩(wěn)定、易于調(diào)試。負(fù)載效應(yīng)小。組成：由電阻、電容和有源器件（如集成運放）組成。優(yōu)點可以多級相連，用低階來構(gòu)成高階濾波器。通帶范圍小，受到運放的限制。需要直流電源。適用于低頻、低壓、小功率等場合。缺點第7頁，共21頁。8一階低通和二階低通幅頻特性曲線的區(qū)別0-3d

3、bAF理想低通一階低通二階低通階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近理想濾波器第8頁，共21頁。2. 低通有源濾波器9第9頁，共21頁。10電路由RC低通 同相比例放大器組成同相比例放大器有uou+ui電路的傳遞函數(shù)為電路特點:具有較高輸入電阻和較低的輸出電阻，還具有電壓放大作用。由于式中s為一次冪，所以稱一階LPF。 1）一階低通有源濾波器第10頁，共21頁。11U一級RC二級RC同相比例運算電路uou+2）簡單二階低通有源濾波電路 第11頁，共21頁。12 3) 二階壓控電壓源低通濾波電路 簡單的二階低通濾波器可在一階的基礎(chǔ)上，加一節(jié)無源RC低通濾波環(huán)節(jié)就可構(gòu)成。只不過這種電路在f0附近，幅頻特性與

4、理想特性之差比一階的還大。將電容C1改接至運放輸出端，組成二階壓控電壓源低通濾波電路。對此電路可列出方程式R4-+Uo(S)R3R2C1Ui(S)U+(S)CR1M 二階壓控電壓源低通濾波電路（1）（2）第12頁，共21頁。13（4） 二階MFB有源低通濾波器無限增益多路反饋型二階有源低通濾波器它是在反相比例積分器的輸入端再加一節(jié)RC低通電路而構(gòu)成。二階反相型LPF的改進(jìn)電路 ；輸出端通過C1、R2形成兩條反饋支路，故稱為無限增益多路反饋電路。12+_+_._+第13頁，共21頁。14常用有源濾波器傳遞函數(shù)的一般表達(dá)式 濾波器類型 傳遞函數(shù) 通帶增益 一階低通濾波器 一階高通濾波器 二階低通濾

5、波器 二階高通濾波器 二階帶通濾波器 二階帶阻濾波器 第14頁，共21頁。3.快速設(shè)計方法-濾波器特性的逼近 理想濾波器要求幅頻特性A(w)在通帶內(nèi)為一常數(shù)，在阻帶內(nèi)為零，沒有過渡帶，還要求群延時函數(shù)在通帶內(nèi)為一常量，這在物理上是無法實現(xiàn)的。實踐中往往選擇適當(dāng)逼近方法，實現(xiàn)對理想濾波器的最佳逼近。測控系統(tǒng)中常用的三種逼近方法為： 巴特沃斯逼近 Butterworth 切比雪夫逼近 Chebyshev 貝賽爾逼近 Bessel15第15頁，共21頁。設(shè)計例：設(shè)計一個二階壓控電壓源低通濾波器，要求截止頻率fc=2kHz,增益Av=2。16R3 33.75kR4 33.75kR1 5.63kC 0.

6、01uFR2 11.2kC1 0.01uF第16頁，共21頁。17第17頁，共21頁。（2）根據(jù)截止頻率fc ，查圖確定電容的標(biāo)稱值，使其滿足 K=100/(fc*C), K的 取值范圍：1K10.18第18頁，共21頁。19取c=0.01uf ，算得 K5。取c=0.01uf ，算得 K5。取c1=0.01uf ， K1時的電阻，R1=1.126K, R2=2.25K, R3=6.752KR4=6.752K第19頁，共21頁。四、濾波器設(shè)計注意事項 3、運放的選用：應(yīng)根據(jù)工作頻率范圍選擇合適的運放。在構(gòu)成較高頻率的有源濾波器時，不但應(yīng)選用增益帶寬積高的，且要注意選擇轉(zhuǎn)換速率SR高的運放。201、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)高階濾波器。 例：一階二階低通三階低通2、利用濾波器串聯(lián)的方式，可以實現(xiàn)帶通濾波器。 例：低通高通帶通（fH fL）4、電阻：應(yīng)選用溫度系數(shù)小的電阻，且精度高一些。電阻的取值一般是：1K-100K。第20頁，共21頁。5、電容：必須選用損耗小的優(yōu)質(zhì)電容，電容的取值一般