有源带通滤波器
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。
有源带通滤波器
10KHz
13KHz
2.0V
带通——5KHz
0V
输出波形和fft
-2.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U3:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
10KHz
有源滤波电路——带通滤波器
实验目的
掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的 选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路 的认识和理解。 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件 参数对滤波效果的影响。 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不 同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波 效果，分析电路的频率特性。 实现给定方波波形的分解和合成。
分别选择三个不同中心频率的带通滤波器： 在示波器上同时观察输入与输出的变化； 对输出信号作fft分析；
5.0V
带通——1KHz
0V
输出波形和fft
-5.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U1:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
记录原始波形分别通过三个带通滤波器后，波形和谐 波成分的变化； 记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的 波形和谐波成分的变化； 记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线； 总结带通滤波器对通过的信号的影响，原信号波形和 谐波成分的变化； 根据实验结果，总结你对有源滤波器电路工作特性的 认识。
典型运放：(a) 管脚/引脚图, (b) 电路符号 1. pin 2，反相输入 2. pin 3，同相输入 3. pin 6，输出 4. 供电电源正极性 , pin 7. 5. 供电电源负极性 , pin 4.
多重反馈有源带通滤波器原理
多重反馈有源带通滤波器原理引言多重反馈有源带通滤波器是一种常见的电子滤波器，它可以在特定的频率范围内增益较高地传递信号，而在其他频率上则进行抑制。
本文将介绍多重反馈有源带通滤波器的原理和工作方式。
一、多重反馈有源带通滤波器的结构多重反馈有源带通滤波器由一个有源电路和反馈网络组成。
有源电路通常是一个运算放大器，用于提供增益和相位平移。
反馈网络通常由电容器和电阻器组成，用于确定滤波器的频率特性。
二、多重反馈有源带通滤波器的原理多重反馈有源带通滤波器的原理是通过反馈网络来调节信号的增益和相位，从而实现对特定频率范围内的信号进行放大和传递。
具体来说，滤波器的输出信号被反馈到有源电路的输入端，并与输入信号相加。
通过调节反馈网络的参数，可以实现对特定频率范围内信号的放大，而对其他频率的信号进行衰减。
三、多重反馈有源带通滤波器的工作方式多重反馈有源带通滤波器的工作方式可以分为两个阶段：放大和滤波。
1. 放大阶段在放大阶段，有源电路（通常是运算放大器）对输入信号进行放大，并通过反馈网络将放大后的信号反馈到有源电路的输入端。
反馈信号与输入信号相加后，经过有源电路的放大作用，输出信号的幅度得到进一步增加。
2. 滤波阶段在滤波阶段，通过调节反馈网络的参数，实现对特定频率范围内的信号进行放大，而对其他频率的信号进行衰减。
反馈网络一般由电容器和电阻器组成，通过调节它们的数值，可以改变滤波器的频率响应特性。
例如，通过改变电容器的数值可以改变滤波器的截止频率，从而实现对不同频率范围内信号的放大或衰减。
四、多重反馈有源带通滤波器的特点多重反馈有源带通滤波器具有以下几个特点：1. 高增益：通过有源电路的放大作用，可以实现对输入信号的高增益放大，从而使输出信号的幅度得到显著提高。
2. 宽带通：通过调节反馈网络的参数，可以实现对特定频率范围内信号的放大，而对其他频率的信号进行衰减。
因此，多重反馈有源带通滤波器可以实现对不同频率范围内信号的选择性放大。
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。
有源带通滤波器设计
有源带通滤波器设计引言有源带通滤波器是一种常见的滤波器类型，用于滤除特定频率范围内的信号。
本文将介绍有源带通滤波器的设计过程和原理，以及如何使用基本电路元件实现。
有源带通滤波器原理有源带通滤波器是一种组合了放大器和带通滤波器的电路。
通过选择合适的放大器增益和滤波器参数，可以实现在一定频率范围内放大输入信号，并抑制其他频率上的信号。
有源带通滤波器的基本原理是选择适当的带通滤波器作为前馈网络，将放大器的输出信号反馈到滤波器的输入端，以实现对特定频率范围内的信号的放大。
有源带通滤波器设计步骤有源带通滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：步骤1：确定滤波器参数首先需要确定希望滤波器通过的频率范围。
这个范围可以根据具体的应用需求来确定。
同时还需要确定滤波器的截止频率和带宽。
这些参数将在后续的设计中使用。
步骤2：选择放大器根据滤波器的参数和所需增益，选择合适的放大器。
放大器的增益应该满足滤波器要求的放大倍数。
步骤3：设计前馈网络根据所选的放大器和滤波器参数，设计前馈网络。
前馈网络应具有带通滤波器的特性，可以选择不同的滤波器拓扑结构，如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等。
步骤4：选择反馈电阻选择合适的反馈电阻，以实现对滤波器输出信号的反馈。
步骤5：分析、模拟和优化进行电路分析和模拟，通过调整电路参数来优化滤波器的性能。
可以使用电路仿真软件进行模拟，并使用适当的优化方法来改善滤波器的频率响应和增益特性。
步骤6：实现电路根据设计结果，通过选取合适的电路元件来实现滤波器电路。
注意选择适当的操作放大器供电电压和电源。
有源带通滤波器设计示例下面是一个示例设计过程，以说明有源带通滤波器的设计思路。
步骤1：确定滤波器参数假设我们希望设计一个有源带通滤波器，通过频率范围为1kHz到10kHz的信号。
截止频率选择为2kHz，带宽选择为1kHz。
步骤2：选择放大器根据所需增益，选择一个增益足够的放大器。
假设选择一个增益为20倍的放大器。
滤波器的分类
滤波器的分类
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
滤波器的分类
按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。
按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。
1.低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；
2.高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；
3.带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；
4.带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
有源滤波器的用途
有源滤波器的用途有源滤波器，顾名思义，是指带有放大器的滤波器。
它的作用是通过电子放大器的放大功能加强滤波效果，并对输入信号进行滤波处理，以实现对特定频率范围内信号的增强或抑制。
有源滤波器广泛应用于电子设备的各个领域，包括音频、通讯、医疗、雷达等。
音频领域是有源滤波器的主要应用领域之一。
在音频系统中，有源滤波器可以对不同频率范围内的声音进行增强或抑制，以实现音质调节和音频效果的改善。
例如，在音响系统中，有源低通滤波器可以滤除高于人耳可接受范围的高频噪声，提高音质。
而有源高通滤波器则可以滤除低频背景噪声，使音频更加清晰。
此外，有源平衡滤波器也常用于音频处理中，它可以对特定频率的声音进行增益或削减，以实现音色调节和混音效果的改善。
这些滤波器在演唱会、录音棚等场合被广泛使用。
通信领域也是有源滤波器的重要应用领域之一。
在无线通信系统中，有源滤波器用于信号的处理和频谱的整理。
例如，在调频调幅（FM/AM）发射机中，有源低通滤波器可以滤除高频杂散信号，以保证发射信号的纯净度。
而在接收机中，有源带通滤波器可以滤除高频干扰信号，使接收信号更加清晰。
此外，有源滤波器还可以用于调频接收机的自动增益控制（AGC）回路中，通过控制放大倍数，使接收到的信号能够在一定范围内保持相对恒定的输出幅度，以提高接收质量。
这些滤波器在电信和无线通信领域扮演着关键的角色。
医疗领域也是有源滤波器的重要应用领域之一。
在医疗设备中，有源滤波器可以用于生理信号的处理和干扰信号的滤除。
例如，在心电图（ECG）仪器中，有源滤波器可以通过滤除高频噪声和基线漂移，改善信号质量，以便医生准确地分析心电图。
而在电子血压计中，有源滤波器可以滤除外界干扰信号，以保证测量结果的准确性。
此外，有源滤波器还可以用于核磁共振（MRI）和超声诊断等医疗设备中，通过滤除杂散信号和噪声，提高图像质量和诊断准确性。
这些滤波器在医疗领域对于患者的诊断和治疗至关重要。
雷达领域也是有源滤波器的主要应用领域之一。
有源带通滤波器设计
有源带通滤波器设计
一、有源带通滤波器的基本原理
有源带通滤波器的核心是带通滤波器电路。
带通滤波器电路通常由一
个放大器、一个带通滤波器和一个反馈电路组成。
其中，放大器的作用是
增大输入信号的幅度，带通滤波器的作用是选择特定频率范围内的信号，
反馈电路的作用是将放大的信号重新引入放大器，从而实现对特定频率范
围内信号的放大。
二、有源带通滤波器的设计步骤
1.确定设计的频率范围：根据应用需求确定要选择和放大的频率范围。
2.选择放大器：根据信号的幅度要求选择适合的放大器。
常见的放大
器有运放放大器和晶体管放大器等。
3.设计带通滤波器：根据所选频率范围设计带通滤波器。
带通滤波器
可以采用主动滤波器或者被动滤波器。
主动滤波器采用放大器进行放大，
能够提高滤波器的增益和选择性。
4.设计反馈电路：设计反馈电路将放大的信号重新引入放大器，从而
实现对特定频率范围内信号的放大。
反馈电路的设计要考虑放大器的放大
倍数、输入和输出阻抗等因素。
5.验证设计：通过仿真或实际电路验证设计的性能和参数。
6.优化设计：根据测试结果，优化电路设计，提高性能和可靠性。
三、有源带通滤波器的应用
1.音频放大器：有源带通滤波器可以选择特定频率范围内的音频信号并放大，用于音频放大器的设计。
2.语音处理：有源带通滤波器可以用于语音的去噪、降噪和增强等处理。
3.通信系统：有源带通滤波器可以筛选特定频率范围内的信号，提高通信系统的性能。
4.仪器测量：有源带通滤波器可以用于仪器测量中，选择特定频率范围内的信号并放大。
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分别选择三个不同中心频率的带通滤波器： 在示波器上同时观察输入与输出的变化； 对输出信号作fft分析；
5.0V
带通——1KHz
0V
输出波形和fft
-5.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U1:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
潇湘整理
记录原始波形分别通过三个带通滤波器后，波形和谐 波成分的变化； 记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的 波形和谐波成分的变化； 记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线； 总结带通滤波器对通过的信号的影响，原信号波形和 谐波成分的变化； 根据实验结果，总结你对有源滤波器电路工作特性的 认识。
+ vo −
v3 )
方波信号的傅里叶级数分解
f(t) Em f(t)
t
t
4U ⎛ 1 1 f (t ) = ⎜ sin ω1t + sin 3ω1t + sin 5ω1t + 3 5 π ⎝
⎞ ⎟ ⎠
实验任务 1
R1
C
C
R3
输入信号：
vS
− +
R2
+ vo −
Um=1V，f=1KHz的 方波电压；
黄色为输出端。 绿色为地， 和 信 号源、电源 都是共地的
±15V电源 红色接+15V；绿色接地；黄色接 −15V 接入前用万用表检查电源输出，如果没有输出，检查 保险丝。
滤波器的输 出端
反相加法器的输 入电阻 反相加法器的反 馈电阻
可调电阻，可用 作反相加法器的 反馈电阻
反相加法器
实验报告要求
有源带通
掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的 选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路 的认识和理解。 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件 参数对滤波效果的影响。 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不 同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波 效果，分析电路的频率特性。 实现给定方波波形的分解和合成。
V(U2:OUT)
1.0KHz V(U3:OUT) Frequency
10KHz
100KHz
用示波器进行读数； 数据点不少于15个； 合理安排数据点，中心频率点必须测到； 幅频特性图：横轴为频率，纵轴为输出电压与 输入电压的比值；
实验设备
1、信号源 2、动态实验单元——滤波器组件 3、数字示波器
当激励源频率变化时，响应 随激励频率变化而变化，这一 变化关系称为电路的频率特 性。 传递函数的模随频率的变化 关系称为幅频特性，幅角随频 率的变化关系称为相频特性。
中心频率：ω0 通频带B：二个半功率点的频率范围宽度，即当外加电 压幅度相等，以谐振频率时在谐振电路上获得的功率 为基准，当电压频率偏离（增加或减小）ω0，外加信 号电压在谐振电路中产生的功率减小到一半时的上下 二个频率值之差。
H (s) =
K p Bs s + Bs + ω
2 2 0
带通滤波器的增益Kp定义为传递函数在中心频率处的 幅值增益。 三个带通滤波器设计为：Kp=4，Q=5，中心频率分别 为：1kHz，3kHz，5kHz。
反相加法器
v1 v2 v3
R1 R2 R3
Rf
− +
输出为：
vo = −( Rf R1 v1 + Rf R2 v2 + Rf R3
16.5ms
17.0ms
1.5V
仿真曲线：
1.0V
带通输出的合成
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
10KHz
13KHz
实验任务 3
输入信号：Um=1V的正弦波电压； 绘制中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性图
4.0V
2.0V
0V 100Hz V(U1:OUT)
10KHz
13KHz
2.0V
带通——5KHz
0V
输出波形和fft
-2.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U3:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
10KHz
实验原理
滤波器是一种二端口网络，它的作用是允许某频率范 围的信号通过，滤掉或抑制其他频率的信号。 无源滤波器通常由RLC元件组成， 有源滤波器由电 阻、电容和运算放大器组成。
相比无源滤波器，有源滤波器有如下优点： 不需要电感，体积小，可以集成化； 能提供增益； 可以和电压跟随器结合使用，使得滤波器每级与 电源和负载阻抗的影响隔离开，这种隔离允许独立 设计滤波器各级，然后级联起来实现所要求的传递 函数。
信号源输入 红色接信号输出端 （红表棒） 绿色接地（黑表棒）
LF356运放 方向指示朝上 引脚3已经接地
±15V电源 红色接+15V 绿色接地 黄色接−15V
可调电阻 0~10kΩ
二档电源开关 往上为通， 往下为断， 有些开关是三档 的，中间为空档； 当开关通时，开关 下 方 的 LED 会 发 亮。
13KHz
实验任务 2
输入信号：Um=1V，f=1KHz的方波电压； 将三个带通滤波器的输出连接到反相加法器的输入端 ： 在示波器上同时观察输入与输出的变化； 对输出信号作fft分析；
2.0V
0V
-2.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U4:OUT) Time
BW = ω2 − ω1 =
ω0
Q
,
Байду номын сангаас
f0 Δf = Q
品质因数Q值越大曲线越尖锐，电路对频率以外信号 的抑制作用越大，这意味着谐振电路的选择性越 好。反之，Q值越小曲线越平坦，电路选择性较 差。
运算放大器是目前获得广泛应用的一种多端器件， 是最重要的电子器件单元之一。 运算放大器是一种电压增益（或称放大倍数）很 高的放大器件，它具有高输入阻抗和低输出阻抗的特 点。
5KHz V(Rf:2) Frequency
10KHz
13KHz
4.0V
带通——3KHz
0V
输出波形和fft
-4.0V 15.0ms 15.5ms 16.0ms V(R31:1) V(U2:OUT) Time
16.5ms
17.0ms
1.5V
1.0V
0.5V
0V 0Hz V(R31:1)
5KHz V(U4:OUT) Frequency
典型运放：(a) 管脚/引脚图, (b) 电路符号 1. pin 2，反相输入 2. pin 3，同相输入 3. pin 6，输出 4. 供电电源正极性 , pin 7. 5. 供电电源负极性 , pin 4.
运放必须由电源供电才能正常工作。
带通滤波器
R1
C
C
R3
传递函数为：
vS
− +
R2
+ vo −