二阶有源滤波器设计.pptxVIP

近增益不能调节 通带截止频率fp： 问题的引入 二阶无源RC低通滤波器 Q= 1/3=0.33 ， 在ω=ωo附 对于ω/ωo1 ， C1的阻抗太大而无法反馈太多信号 对于ω/ωo1 ， C2产生的短路使得uo太小而无法起 作用； 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。 如果希望Q大于0.5 ， 就需 要在ω=ωo附近增大幅度响 应。 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。 二阶无源滤波器 E 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； E 不用电感 ， 故体积小 ， 重量轻 ， 不需加磁屏蔽； E 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。 E 除能滤波外 ， 还能将信号放大 ， 而且Au 易调节。 E 不适宜高电压大电流的负载 ， 只适用于信号处理。 E 不适宜高频范围 ， 频率范围10-3～106Hz。 通常有源滤波器可分为以下几种： 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） 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。 有源滤波器的分类 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 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。 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 -40dB/十倍频 0-3 0.01 0. 1 ω/ω0 ω/ω0 -3dB - 1800 3dB 1 10 -900 0 0 1 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） 2） 元器件的选择（参见下表） 表1 fo与C的对应关系 20～10 103～ 104 104～ 103 1～10 10～0. 1 104～ 105 103～ 102 10～ 102 C ( μF） fo（ Hz） C（ pF） fo（ Hz） 0. 1～0.01 105～ 106 102～ 10 102～ 103 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 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。 Aup= 1,R1=R2=R C1=2QC ， C2=C/2Q CC： 0.001µ~0. 1µ RC=R1+R2 RcCc防止振荡 Aup= 1+R4/R3,R1=R2=R C1=C2=C,Q= 1/ (3-Aup) Aup3,系统稳定 2R1=R3//R4 1)二阶有源压控低通滤波器 Q=0.707 Q=0.707 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 二阶有源滤波器的设计 表2 二阶有源压控滤波器电路对应的元件元件值 Aup 元件 1 8 10 6 2 4 查表设计法 R1 1 .42 开路 R2 5 . 399 R3 0 . 521 0 . 162 3 . 372 3 . 560 2 . 742 2 .429 0 .617 3 .203 2 .051 1 . 126 0 .824 2 .250 1 . 537 6 . 752 3 . 148 C2 0 . 33C1 R4 0 2C1 2C1 2C1 C1 2C1 32 .038 23 .602 16