有源滤波器
无源滤波器与有源滤波器的区别
无源滤波器与有源滤波器的区别滤波器是一种电子设备，用于从信号中选择性地滤除或放大特定频率的部分。
根据滤波器的结构和特性，可以将其分为两大类：无源滤波器和有源滤波器。
本文将探讨无源滤波器与有源滤波器之间的区别。
一、无源滤波器简介无源滤波器是一种由被动器件（如电阻、电容、电感）组成的电路，不需要外部电源进行工作。
无源滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型，根据其滤波特性选择适合的滤波器类型。
无源滤波器的特点如下：1.通过无源组件实现滤波功能，不需要额外的功率供应。
2.无源滤波器的频率响应通常有固定的衰减特性，无法对输入信号进行放大。
3.无源滤波器的设计相对简单，成本低廉。
4.无源滤波器对信号源的影响较小，适用于对输入信号幅度要求不高的场合。
二、有源滤波器简介有源滤波器是一种使用有源器件（如运放、晶体管）的电路，在滤波器中引入了额外的电源。
有源滤波器可以实现更为复杂的滤波功能，包括低通、高通、带通、带阻和全通等滤波方式。
有源滤波器的特点如下：1.通过有源器件实现滤波功能，可以实现信号的放大和滤波。
2.有源滤波器的频率响应可以调整和调节，使其更加灵活适应不同的应用需求。
3.有源滤波器的设计相对复杂，需要引入额外的电源和相关电路，成本较高。
4.有源滤波器对信号源的影响较大，适用于对输入信号幅度要求较高的场合。
三、无源滤波器和有源滤波器虽然都可以实现滤波功能，但在结构和特性上存在一些区别：1.电源需求：无源滤波器不需要外部电源供电，而有源滤波器需要引入外部电源以提供功率。
2.信号放大：无源滤波器无法对信号进行放大，只能对特定频率的信号进行滤波；而有源滤波器可以实现信号的放大和滤波。
3.频率响应：无源滤波器的频率响应通常具有固定的衰减特性，而有源滤波器的频率响应可以调整和调节，更加灵活。
4.设计复杂度：无源滤波器的设计相对简单，成本较低；而有源滤波器的设计相对复杂，需要引入额外的电源和相关电路，成本较高。
有源滤波器技术参数
有源滤波器技术参数有源滤波器是一种常见的电子滤波器，它结合了有源元件（如放大器）和被动滤波器（如电容、电感和电阻）来实现滤波功能。
有源滤波器可以具备许多优秀的性能指标，如增益、中心频率、带宽、阻带深度和相位延迟等。
下面将详细介绍有源滤波器的各项技术参数。
1.增益：有源滤波器的增益是指滤波器信号的输出与输入之间的幅度关系。
它可以是负值，表示信号的幅度减小；也可以是正值，表示信号的幅度增大。
增益通常用单位分贝（dB）来表示。
较高的增益表示信号经过滤波器放大的能力较强。
2.中心频率：有源滤波器的中心频率是指滤波器最大响应幅度的频率值。
它决定了滤波器的工作范围和频率选择性能。
中心频率通常用赫兹（Hz）表示。
3.带宽：有源滤波器的带宽指的是滤波器能够传递的频率范围。
在这个范围内，滤波器的信号响应幅度较大。
带宽可以是固定值，也可以是可调的。
带宽通常用赫兹（Hz）表示。
4.阻带深度：有源滤波器的阻带指的是滤波器对特定频率范围的抑制效果。
阻带深度是指滤波器对这个频率范围内信号幅度的减小程度。
阻带深度通常用分贝（dB）表示，较高的阻带深度表示滤波器对该频率范围的抑制效果较好。
5.相位延迟：有源滤波器的相位延迟是指滤波器输出信号相对于输入信号的时间延迟。
相位延迟是由滤波器内部的响应时间和频率响应特性所决定的。
较小的相位延迟表示滤波器对输入信号的响应更快。
6.输入/输出阻抗：有源滤波器的输入阻抗指的是滤波器对输入信号的阻力或抵抗程度。
输出阻抗指的是滤波器从输出端传递信号时的内部阻力。
较高的输入/输出阻抗表示滤波器能够更有效地传递信号。
7.功耗：有源滤波器的功耗是指滤波器在正常工作状态下所消耗的能量。
功耗通常用瓦特（W）表示。
较低的功耗表示滤波器能够更节能地工作。
有源滤波器的技术参数对于设计和应用滤波器至关重要。
通过合理选择和配置这些参数，可以实现滤波器对特定频率范围内的信号的高效处理和控制。
无论在音频设备、通信系统还是仪器仪表领域，有源滤波器都有着广泛的应用前景。
有源滤波器工作原理
有源滤波器工作原理引言：有源滤波器是一种常见的电子电路，用于对输入信号进行频率选择和滤波。
它由一个放大器和一个滤波器组成，通过放大器的放大和滤波器的滤波功能，实现对特定频率范围内的信号的增强或抑制。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理及其相关知识。
一、有源滤波器的基本结构有源滤波器通常由一个放大器和一个滤波器组成。
放大器负责信号的放大，而滤波器则负责对特定频率范围内的信号进行选择和滤波。
放大器可以是运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）或其他类型的放大器。
二、有源滤波器的分类根据滤波器的类型和特性，有源滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
1. 低通滤波器（Low Pass Filter，简称LPF）：低通滤波器允许低频信号通过，而抑制高频信号。
它被广泛应用于音频系统和通信系统中，用于去除高频噪声和保留低频信号。
2. 高通滤波器（High Pass Filter，简称HPF）：高通滤波器允许高频信号通过，而抑制低频信号。
它常用于音频系统和通信系统中，用于去除低频噪声和保留高频信号。
3. 带通滤波器（Band Pass Filter，简称BPF）：带通滤波器允许特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率范围的信号。
它广泛应用于无线通信、音频系统和图像处理等领域。
4. 带阻滤波器（Band Stop Filter，简称BSF）：带阻滤波器允许除了特定频率范围的信号通过，而抑制该范围内的信号。
它常用于去除特定频率的噪声或干扰信号。
三、有源滤波器的工作原理有源滤波器的工作原理可以分为两个步骤：放大和滤波。
1. 放大：有源滤波器中的放大器负责对输入信号进行放大。
放大器可以是运算放大器或其他类型的放大器。
放大器的增益可以根据需要进行调整，以满足特定应用的要求。
2. 滤波：滤波器负责对放大后的信号进行滤波，选择特定频率范围内的信号。
滤波器可以是被动滤波器（如电容器、电感器和电阻器的组合）或主动滤波器（如运算放大器和其他有源元件的组合）。
有源滤波器工作原理
有源滤波器工作原理一、引言有源滤波器是一种基于放大器电路的滤波器，通过使用有源元件（如晶体管或运算放大器）来增强滤波器的性能和功能。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理、分类和特点。
二、工作原理有源滤波器的基本原理是利用放大器的放大特性来实现滤波功能。
它通过将输入信号经过放大器放大后，再进行滤波处理，最后输出滤波后的信号。
1. 放大器放大器是有源滤波器的核心部件，它可以将输入信号的幅度放大到所需的水平。
常用的放大器有晶体管放大器和运算放大器。
晶体管放大器是一种用晶体管作为放大元件的放大器，它具有高增益和宽频带的特点。
运算放大器是一种特殊的放大器，它具有高增益、低失真和大输入阻抗的特点。
2. 滤波器滤波器是有源滤波器的另一个重要组成部分，它可以根据需要选择不同的滤波特性。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
- 低通滤波器：允许低频信号通过，抑制高频信号。
- 高通滤波器：允许高频信号通过，抑制低频信号。
- 带通滤波器：只允许某个频率范围内的信号通过，抑制其他频率的信号。
- 带阻滤波器：只抑制某个频率范围内的信号，其他频率的信号均可通过。
3. 反馈有源滤波器还采用了反馈机制来增强性能。
反馈是将放大器的输出信号再次输入到放大器的输入端，通过调节反馈电阻和电容的数值，可以改变放大器的增益和频率响应。
反馈可以使放大器具有更好的稳定性、更低的失真和更宽的频带。
三、分类根据放大器的类型和滤波特性，有源滤波器可以分为多种类型。
1. RC滤波器RC滤波器是一种常见的有源滤波器，它由一个放大器和一个电容-电阻网络组成。
通过调节电容和电阻的数值，可以实现不同的滤波特性。
RC滤波器常用于低频信号的滤波。
2. LC滤波器LC滤波器是一种使用电感和电容组成的有源滤波器。
它可以实现更高的滤波性能和更宽的频带。
LC滤波器常用于高频信号的滤波。
3. Sallen-Key滤波器Sallen-Key滤波器是一种基于运算放大器的有源滤波器。
有源滤波器
先设计出能满足技术指标要求的LC滤波器器作为设计原型，再用有源电路去模拟实现。这种方法又可分为元 件模拟法和功能模拟法两类，并且多以双端终接电阻的LC梯型滤波器为原型。通常，模拟法比级联法需用更多元 件。
（1）元件模拟法
用模拟电感（能实现电感特性的不含电感元件的有源电路）取代LC滤波器中的电感元件。现有浮地模拟电感 电路的性能还不够好，用得较少。当LC滤波器中含有浮地电感时，常通过变换的方法来消除它。RLC—CRD变换是 常用的一种。它是用因子K/s（s是复频率，K为实常数）使电路中每个元件的阻抗都增大K/s倍。这种变换不会改 变原电路的传输特性，却使原电路中的R、L、C元件分别变成了C、R、D（频变负阻）元件。图2是一例子。
■通信行业
为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。据调查，通信低压 配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位 移功率因数极高。通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用 寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。
技术参数
1.额定工作电压：380V/220V，50Hz 2.额定谐波补偿容量：50A/100A/150A/200A 3.整机功耗：小于容量的3% 4.抑制谐波效果：达到国标要求，稳态THD可降低至5%以下 5.额定绝缘电压：3000V AC，2500V DC
性能说明
1.动态有源滤波，全面改善电能质量； 2.DSP全数字控制，20KHz开关频率，对负载的动态变化迅速响应； 3.谐波补偿次数可选择，最高能滤除50次谐波； 4.萨顿斯有源电力滤波器可选择同时补偿无功； 5.具备三相不平衡补偿能力； 6.具有自动限流功能，不会发生过载； 7.效率高，满载损耗小于2.57； 8.并联安装方式，安装简单，体积小； 9.降低线路损耗，消除谐波引起的变压器和电机发热，实现系统大幅度节能； 10.有源电力滤波器的滤波效果不受系统阻抗变化影响，并能自动抑制系统谐振； 11.按照配电结构，可选择局部补偿、部分补偿或总补偿，CT可位于电源侧或负载侧；
有源滤波器
它的传递函数为 ＝
一阶有源低通滤波器的幅频响应和相频响 应分别为
- arctan（ω/ω0）
一阶有源低通滤波器的幅频响应如图所示。
2．高通滤波器
一阶有源高通滤波器是在一阶无源高 通滤波器的基础上加一集成运放构成的。
它的幅频响应和相频响应为
幅频响应
arctan（ω0/ω）
3．其他有源滤波器
为了得 到带通或者 带阻有源滤 波器，我们 将高通滤波 器与低通滤 波器串联或 者并联起来 就可以了。
根据阻带和通带的位置不同，滤波器可以 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）
四种不同滤波器的幅频特性
1.2 一阶有源滤波器
1．低通滤波器 一阶有源低通滤波器是在无源低通滤
波器的基础上加一集成运放构成路。
模拟 电子 技术 基础
有源滤波器
1.1 滤波器的概念及分类 1.2 一阶有源滤波器
1.1 滤波器的概念及分类
1．滤波器的定义
滤波器的一般结构如图所示，ui（t）是输 入信号，uo（t）是输出信号。由于它处理的信 号含有各种不同频率，通常在频域内表示它的 各种特征和性能。
=
=
2．有源滤波器的分类
模拟 电子 技术 基础
无源滤波器与有源滤波器的比较
无源滤波器与有源滤波器的比较滤波器是电子学中常用的一种电路元件，用于选择性地通过或者抑制信号的特定频率成分。
基于电路中是否需要外部电源供电的区分，滤波器可以分为无源滤波器和有源滤波器两种类型。
本文将对这两种滤波器进行比较，探讨它们的特点、适用范围以及各自的优缺点。
1. 无源滤波器无源滤波器是一种不需要外部电源供电的滤波器，它的工作原理基于被动元件（如电阻、电感、电容等）的组合。
无源滤波器常用的类型包括RC滤波器和RL滤波器。
无源滤波器的特点如下：1.1 简单：无源滤波器由于不需要外部电源，电路结构比较简单，便于设计和实现。
1.2 低功耗：由于没有功率放大器等主动元件，无源滤波器的能耗非常低。
1.3 适用范围窄：无源滤波器通常适用于处理低频信号（几百kHz 以下）。
对于高频信号，无源滤波器受到被动元件本身的频率特性限制，效果较差。
1.4 线性特性：无源滤波器的频率响应通常是线性的，可以较好地保持信号的幅度和相位特性。
2. 有源滤波器有源滤波器是一种需要外部电源供电的滤波器，它的工作原理基于被动元件和一个或多个主动元件（如晶体管、运放等）的组合。
有源滤波器也有多种类型，包括基于运放的Butterworth滤波器、摆脱电压振荡器和积分器等。
有源滤波器的特点如下：2.1 灵活性强：有源滤波器通过主动元件的放大作用可以提供较高的增益和更好的频率选择性，可以实现更复杂的滤波特性。
2.2 高精度：由于有源滤波器可以通过选择合适的主动元件和调整电路参数实现精确的滤波效果，因此具有较高的精度和稳定性。
2.3 宽频率范围：有源滤波器通常适用于处理宽频率范围的信号。
采用主动放大器的有源滤波器可以实现更高的截止频率。
2.4 需要电源供电：有源滤波器需要外部电源供电，相对于无源滤波器而言，设计和使用上稍微复杂一些。
3. 无源滤波器与有源滤波器的比较无源滤波器和有源滤波器在很多方面有着不同的特点和应用场景。
3.1 功耗和复杂度：无源滤波器功耗低，电路结构简单。
有源滤波器工作原理
有源滤波器工作原理有源滤波器是一种电子滤波器，它使用有源元件（如放大器）来增强和调节信号。
它可以实现对特定频率范围内的信号进行增益或衰减，以滤除其他频率范围的信号。
有源滤波器通常用于音频处理、通信系统和电子设备中。
有源滤波器的工作原理基于放大器的运算和反馈原理。
其基本构成包括放大器、电容器和电感器。
放大器负责对输入信号进行放大，而电容器和电感器则用于选择特定的频率范围。
有源滤波器可以分为两种类型：低通滤波器和高通滤波器。
1. 低通滤波器（Low Pass Filter，简称LPF）：低通滤波器允许低频信号通过，而衰减高频信号。
它常被用于去除高频噪声或选择低频信号。
一个常见的低通滤波器是RC滤波器，它由一个电阻和一个电容器组成。
当输入信号的频率高于截止频率时，电容器会阻止信号通过，从而实现滤波效果。
2. 高通滤波器（High Pass Filter，简称HPF）：高通滤波器允许高频信号通过，而衰减低频信号。
它常被用于去除低频噪声或选择高频信号。
一个常见的高通滤波器是RL滤波器，它由一个电阻和一个电感器组成。
当输入信号的频率低于截止频率时，电感器会阻止信号通过，从而实现滤波效果。
有源滤波器的工作原理可以通过以下步骤来说明：1. 输入信号经过放大器放大。
放大器可以是运算放大器或其他类型的放大器。
2. 放大后的信号进一步经过电容器和电感器。
根据滤波器的类型（低通滤波器或高通滤波器），电容器和电感器的连接方式不同。
3. 电容器和电感器的组合形成一个频率选择网络。
该网络通过选择特定的频率范围，将该范围内的信号放大或衰减。
4. 输出信号经过放大器再次放大，以达到所需的信号强度。
有源滤波器的优点包括：1. 增益可调节：有源滤波器可以通过调整放大器的增益来控制输出信号的强度。
2. 灵活性高：有源滤波器可以根据需要选择不同的滤波器类型和频率范围。
3. 低失真：有源滤波器由于使用放大器进行信号处理，可以实现较低的失真水平。
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sC
RC
o
1 RC
A(s)
s
s
o
截止频率
AsdB 20lg
1
0
2
arctg 0
第10页/共32页
二阶低通网络
A(s) Uo (s)
R1 sC
1 LC
Ui (s) sL R 1 s2 1 s 1
sC
RC LC
令o
1 LC
,
Q
oRC
品质因数
2
A(s)
s2
0
o
Q
s
o
第11页/共32页
高阶网络特性——n阶
A(s)
amsm am1sm1 sn bn1sn1
ao bo
mn
一般而言，实际高阶滤波电路可由 若干一阶，二阶滤波电路级联而成。
第12页/共32页
4. 滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Auf
通带增益是指滤波器在 通频带内的电压放大倍数。 性 能 良 好 的 LPF 通 带 内 的 幅频特性曲线是平坦的， 阻带内的电压放大倍数基 本为零。
∠U
o
∠U
i
f
()
1
第1页/共32页
二、典型频率特性曲线：
1、 Ausm 2、fL : 3、fH : 4、 f :
：中频放大倍数 下限截止频率（下边频） 半功 上限截止频率（上边频） 率点
通频带（BW）
第2页/共32页
波特图（Bode）
特点： 折线化 对数分度
（扩大视野）
dB(decibel):分贝
第20页/共32页
(3）频率响应
由传递函数可以写出频率响应的表达式
Au
1 (
f )2 f0
Auf j(3
Auf
)
f f0
当 f f0 时，上式可以化简为
Au( f fo )
Auf j(3 Auf
)
定义有源滤波器的等效品质因数Q值
1 Q
3 Auf
Au
1 (
f
Auf )2
j
1
f
f0
Q f0
sC2
设C1=C2=C
Au
s
UO UI
s s
1
Auf 3sCR
sCR 2
第18页/共32页
二阶压控型低通滤波器
（1）二阶压控LPF
二阶压控型低通有源滤波器如图所示。其 中的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到 输出端。显然C1的改接不影响通带增益。
第19页/共32页
（2）传递函数
Uo (s) Auf U (s)
1.5.1 滤波器的基本概念
一、频率响应（频率特性）
放大器的电压放大倍数与频率的关系
幅度频率特性 相位频率特性
幅频特性是描绘输入信号幅度
固定，输出信号的幅度随频率变化
而变化的规律。即
A U o/U i f
2021/3/28
相频特性是描绘输出信号与输入
信号之间相位差随频率变化而变化
的规律。即
∠A
当 ω«ω0时，通带内的增益
为Байду номын сангаас
Auf
1 RF R1
该传递函数式的样子与一阶RC低通网络的传递函
数表达式差不多，只是后者缺少通带增益Auf这一
项。
第15页/共32页
图中虚线为理想的情况，实线为实际的情 况。特点是电路简单，阻带衰减太慢， 选择性较差。
第16页/共32页
1.5.3. 二阶有源滤波电路 1. 二阶低通有源滤波电路
它们的幅度频率特性曲线如图所示。 第5页/共32页
第6页/共32页
2. 滤波器的用途
滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成 分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含 一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。
第7页/共32页
3. 滤波器的传递函数
一阶低通网络
1
1
A(s) Uo (s) sC 1 RC
,
则可得出频响表达式
Au
1 (
f0
Auf )2
j
1
(
f0
)
f
Qf
第23页/共32页
U
(s)
U1
(
s)
1
1 sCR
对于节点U1 , 可以列出方程
Ui (s)
U1(s) R
[U1(s)
Uo (s)]sC
U1(s)
U+ (s) R
联立求解以上三式，可得LPF的传递函数
Au
s
Uo Ui
s s
1
(3
Auf
Auf )sCR
sCR 2
上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才 能保障电路稳定工作。
二、有源滤波器的基本概念 1、频率响应（频率特性） 2、频率特性曲线及波特图
第4页/共32页
三. 滤波器
保留有用的频率分量，剔除无用的频率分量的元 器件。 1. 滤波器的分类
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放
大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等
无源元件而构成的。 通常有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）
Au(db)=20logAu
Au: 10 102 103 10-1 10-2 1 2
Au(db): 20 40 60 -20 -40 -3
优点：1、乘→加 2021/3/28 2、人耳对声能的辨别能力与其对数成正比 3
第3页/共32页
上节课内容提要
一、非正弦波振荡电路 1、矩形波振荡电路 构成：比较器或555定时器； 工作原理分析； 参数分析：幅度、周期（频率）、占空比。 2、三角波振荡电路 电路结构、工作原理、参数分析
为了改善滤波效果，再加一节RC低通 滤波环节，构成简单的二阶有源滤波电路。
第17页/共32页
（1）通带增益
Auf
1 Rf R
（2）传递函数
Uo (s) Auf U() (s)
U
()
(
s)
U
N
(s
)
1
1 sC2
R
1 ∥(R 1 )
UN
s
sC1 R[ 1
sC2 ∥(R 1
U I (s) )]
sC1
第21页/共32页
2. 二阶高通有源滤波器(HPF)
二阶压控型有源高通滤波器的电路图
第22页/共32页
(1)通带增益
Auf
=1+
RF R1
(2)传递函数
A(s)=
Uo (s) Ui (s)
1
(3
(sCR)2 Auf Auf )sCR
(sCR)2
(3)频率响应
令
f0
1 ，Q 2π RC
1 3 Auf
（2）通带截止频率fo
与放大电路的截止频率相 同。通带与阻带之间称为 过渡带，过渡带越窄，说 明滤波器的选择性越好。
第13页/共32页
1.5.2. 一阶有源滤波电路
一阶低通滤波器的电路如图。
第14页/共32页
一阶低通滤波器的传递函 数如下
A
s
UO Ui
s s
Auf 1( s
)
0
其中
0
1 RC
u o1 uo
Ui (s) R 1 1 sRC s 1
sC
RC
o
1 RC
A(s)
s
o o
截止频率
第8页/共32页
As 0
s 0
As Aj 0
j 0
1
2
0
1
AsdB 20lg
0
2
1
arc tg
0
第9页/共32页
一阶高通网络
1
A(s) Uo (s) R s
Ui (s) R 1 s 1