阶有源带通滤波器设计及参数计算
有源滤波器设计pdf
有源滤波器设计
6. 进行电路模拟和优化：使用电路仿真软件，对设计的有源滤波器进行模拟和优化，验证 其性能是否满足设计要求。
7. 实验验证和调整：根据仿真结果，制作实际电路并进行实验验证，根据实验结果进行调 整和优化。
8. 最终设计和制造：根据实验验证结果，进行最终的设计和制造，包括电路板设计、元件 选型和布局等。
有源滤波器设计
有源滤波器是指在滤波器电路中引入了放大器或运算放大器等有源元件，以增强滤波器的 性能和功能。有源滤波器设计的基本步骤如下：
1. 确定滤波器的类型和要求：确定需要设计的滤波器类型，如低通、高通、带通或带阻滤 波器，并确定其频率响应和阻带衰减等性能要求。
2. 选择滤波器的拓扑结构：根据滤波器的要求和设计目标，选择适合的有源滤波器拓扑结 构，如Sallen-Key、Multiple Feedback等。
有源滤波器设计
3. 确定滤波器的参数：根据滤波器类型和设计要求，确定滤波器的参数，如截止频率、增 益、阻带衰减等。
4. 选择有源元件：根据滤波器的参数和设计要求，选择合适的有源元件，如运算放大器、 放大器等。
5. 进行电路分析和计算：使用电路分析工具或手算方法，对有源滤波器进行电路分析和计 算，包括电压增益、频率响应、阻带衰减等。
有源滤波器设计
需要注意的是，在有源滤波器设计中，除了滤波器的性能和功能要求外，还需要考虑有源 元件的稳定性、功耗和噪声等因素。同时，对于复杂的有源滤波器设计，可能需要进行频域 和时域的混合分析，以及考虑非线性和非理想性等因素。因此，对于初学者来说，建议参考 相关的教材、学习资料和电路设计软件，或者咨询专业工程师的意见和指导。
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有源带通滤波器的设计和计算
有源带通滤波器的设计和计算摘要：有源带通滤波器是一种能够选择特定频率范围内的信号的滤波器。
本文将介绍有源带通滤波器的设计和计算过程，包括滤波器的基本原理、电路结构、设计步骤以及计算示例。
通过本文的学习，读者将能够理解和应用有源带通滤波器。
1.引言有源滤波器是一种利用有源元件（如放大器）进行信号处理的滤波器。
其特点是具有较高的增益和较低的输入阻抗。
有源带通滤波器是有源滤波器的一种特殊类型，可通过选择滤波器的放大器和电容、电感等元件的参数来选择特定频率范围内的信号。
2.滤波器基本原理3.有源带通滤波器的电路结构4.有源带通滤波器的设计步骤4.1确定滤波器的通带和阻带范围在设计有源带通滤波器之前，需要明确需要滤波的信号频率范围和传输要求，以便确定滤波器的通带和阻带范围。
4.2选择合适的放大器根据滤波器的通带增益要求和阻带衰减要求，选择合适的放大器。
常见的放大器类型有运算放大器和差动放大器等。
4.3计算电感和电容值根据所需通带和阻带的上下限频率，使用标准公式计算电感和电容元件的取值。
具体的计算方法和公式将在下一节中详细介绍。
4.4选择合适的电阻值根据放大器和电感电容的参数，选择合适的电阻值以满足设计要求。
4.5进行电路仿真和调整使用电路仿真软件对滤波器进行仿真，并进行必要的参数调整和优化，以满足设计要求。
5.电感和电容的计算示例假设需要设计一个带宽为10kHz的有源带通滤波器，通带增益要求为20dB，阻带衰减要求为-40dB。
根据公式：f=1/(2π√(LC))，可以计算出所需的电感和电容值。
6.结论有源带通滤波器是一种能够选择特定频率范围内信号的滤波器。
本文介绍了有源带通滤波器的基本原理、电路结构、设计步骤以及电感和电容的计算示例。
通过学习本文内容，读者将能够理解和应用有源带通滤波器，设计和实现自己所需的滤波器。
有源滤波器的设计
176有源滤波器的设计一．设计方法有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：ncuo u A j A 21)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω ， n=1，2，3，. . . （1）写成：ncuou A j A 211)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω （2） )(ωj A u其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。
从（2）式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uoω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了 n=2 3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器 n=8 的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 越接近于理想特性。
如图1所示。
0 ωC ω当 ω>>ωC 时，nc uo u A j A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛≈ωωω1)( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线 两边取对数，得： lg20cuo u n A j A ωωωlg20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。
表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。
表1 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s 3 )1()1(2+⋅++L L L s s s4)184776.1()176537.0(22++⋅++L L L L s s s s1775 )1()161803.1()161807.0(22+⋅++⋅++L L L L L s s s s s6 )193185.1()12()151764.0(222++⋅++⋅++L L L L L L s s s s s s7)1()180194.1()124698.1()144504.0(222+⋅++⋅++⋅++L L L L L L L s s s s s s s8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++⋅++⋅++⋅++L L L L L L L Ls s s s s s s s在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = csω，ωC 是低通滤波器的截止频率。
有源带通滤波器设计
二阶有源模拟带通滤波器设计摘要滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。
而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。
实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。
以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。
此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
通常用频率响应来描述滤波器的特性。
对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。
滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。
按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。
设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。
关键字：带通滤波器 LM324 RC网络目录目录 (2)第一章设计要求 (3)1.1基本要求 (3)第二章方案选择及原理分析 (4)2.1.方案选择 (4)2.2 原理分析 (5)第三章电路设计 (7)3.1 实现电路 (7)3.2参数设计 (7)3.3电路仿真 (9)1.仿真步骤及结果 (9)2.结果分析 (11)第四章电路安装与调试 (12)4.1实验安装过程 (12)4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。
带通滤波器设计
LC椭圆函数带通滤波器设计要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。
③运行Filter Solutions程序。
点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。
在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。
④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。
在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。
⑤点击“电路”按钮。
Filter s。
lutions提供了两个电路图。
选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。
⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。
带通滤波器的Q 值为：把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。
使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。
⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。
变换后的滤波器见图1（c）。
在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。
⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。
将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104，FSF=2πfe=1.0882×105。
最终的滤波器见图1（d）。
图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。
频率响应见图1（e）。
滤波器的主要参数滤波器的主要参数（Definitions) 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f 0 ，一般取f 0 =（f 1 +f 2 ）/2，f 1 、f 2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。
模电课程设计--有源带通滤波器
1 滤波器的简介
在电子电路中，输入信号的频率有很多，其中有些频率是需要的工 作信号，有些频率是不需要的干扰信号。如果这两个信号在频率上有较 大的差别，就可以用滤波的方法将所需要的信号滤出。滤波电路的作用 是允许模拟输入信号中某一部分频率的信号通过，而阻断另一部分频率 的信号通过。
3.2单相桥式全波整流电路的工作原理
整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变成脉动直流电的电 路。单相桥式全波整流电路由四个二级管组成，整流堆管脚图及内部结构 如图3.2所示。该电路的整流效果和输出电压波形，为单相半波整流电路 的二倍。桥式整流电路的简化电路图如图3.3所示。 图3.2 图3.3 整流堆管脚及内部结构图
ausaufssrc13aufssrcsrc2????????11设中心频率f0rc电压放大倍数auauf3auf???????12当ff0时得出通带放大倍数aupauf3aufqauf???????????13使式12分母模为2即使式12分母虚部绝对值为1即解方程取正根就可得到下限截止频率fp1与上限截止频率fp2分别为fp1f03auf????????14fp2f03auf????????15通频带为
运算放大器符号
图2.2
LM324管脚连
由于LM324四运放集成电路既可接单电源使用（3 电源使用（±1.5
~30V），也可以接双
~±15V），不需要调零，具有电源电压范围宽,静态功耗小,
可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。
2.2有源带通滤波器的工作原理
带通滤波器只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下 限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。注意：要将高通的下 限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。典型的带通滤波器可以 由RC低通滤波器和RC高通滤波器串联而成，从而实现了“带通滤波”的 要求。二阶压控型有源带通滤波器原理框图如图2.3所示。
完整的有源滤波器设计
完整的有源滤波器设计
有源滤波器是一种特殊的电子滤波器，它使用运算放大器等有源元件来增强滤波性能。
有源滤波器可以实现更大的增益，并且具有较低的噪声和较高的带宽。
有源滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：
1.确定滤波器的类型：首先需要确定所需的滤波器类型，例如低通、高通、带通或带阻滤波器。
每种类型的滤波器有不同的应用和性能特点。
2.确定滤波器的规格：根据具体的需求，确定滤波器的截止频率、增益、带宽等规格。
这些规格将直接影响之后的设计过程。
3. 选择合适的滤波器拓扑结构：根据滤波器的规格要求，选择合适的滤波器拓扑结构。
常见的有源滤波器拓扑包括Sallen-Key拓扑、多反馈拓扑等。
4.设计滤波器电路：根据选择的滤波器拓扑，设计滤波器的电路图。
这包括选择合适的元件值和计算反馈网络。
5.仿真和优化：使用电子设计自动化软件（如SPICE）对滤波器电路进行仿真，并进行优化。
通过调整元件值和拓扑结构，使得滤波器能够满足规格要求。
6.PCB设计和布局：在完成滤波器电路的设计和优化后，进行PCB设计和布局。
在布局过程中，需要考虑信号路径的长度和干扰抑制等因素。
7.绘制电路图和元件布局：最后，根据PCB设计结果，绘制滤波器的电路图和元件布局图。
这将是完整的有源滤波器设计的最终结果。
有源滤波器的设计需要理解滤波器的基本原理和电路分析技术，并且需要具备电子电路设计和PCB设计的技能。
同时，设计师还需要充分考虑电路参数的影响，如运算放大器的增益带宽积、电源电压等。
通过合理的设计和优化，可以得到满足规格要求的高性能有源滤波器。
带通滤波器
摘要滤波器的功能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，可使用滤波器有效的抑制干扰。
用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。
由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。
关键字：滤波器；集成运放；RC网络；有源滤波器The function of the filter is to make certain frequency within the scope of the signal, and the frequency by outside the scope curbed the signal or sharp attenuation. When the disturbance signal and the useful signal not in the same frequency range, can use filter to suppress the interference effectively.With LC network consisting of passive filter in the low frequency within the area, volume weight expensive and attenuation shortcomings, but with integrated op-amp and RC network consisting of active filter is more applicable to low frequency, in addition, it also has some of the gain, and because between the input and output has good isolation and facilitate cascade. Since most reflect the photoelectric signal has a physical information low frequency and amplitude small, vulnerable to interference, and characteristics of the RC active filters widely applied electric light weak signal detection circuit.Filter；integrated op-amp；RC network；active filter引言滤波器的功能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。
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滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。
滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：
①无源滤波器:
由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成
②有源滤波器:
一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。
利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。
从功能来上有源滤波器分为：
低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、
带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、
全通滤波器（APF）。
其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。
当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。
在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。
滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。
带通滤波器（BPF）
（a）电路图(b)幅频特性
图1 压控电压源二阶带通滤波器
工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
如图1（a）所示。
电路性能参数
通带增益
中心频率
通带宽度
选择性
此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为：
通带中心频率
通带中心频率处的电压放大倍数：
带宽：
设计步骤：
1）选用图2电路。
2）该电路的传输函数：
品质因数：
通带的中心角频率：
通带中心角频率处的电压放大倍数：
取，则：
图2 无限增益多路负反馈有源二阶带通滤波器电路。