有源滤波器知识
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电子滤波器，它利用有源元件（如运算放大器）来增强滤波器的性能。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理，包括有源滤波器的基本原理、常见的有源滤波器类型以及其工作原理的详细解释。
二、有源滤波器的基本原理有源滤波器是由有源元件（如运算放大器）和被动元件（如电容、电感和电阻）组成的电路。
有源元件在电路中起放大和增强信号的作用，从而改善滤波器的性能。
被动元件则用于构建滤波器的频率特性。
三、常见的有源滤波器类型1. 低通滤波器（Low Pass Filter）：允许低频信号通过，阻断高频信号。
2. 高通滤波器（High Pass Filter）：允许高频信号通过，阻断低频信号。
3. 带通滤波器（Band Pass Filter）：只允许特定频率范围内的信号通过，阻断其他频率的信号。
4. 带阻滤波器（Band Stop Filter）：阻断特定频率范围内的信号，允许其他频率的信号通过。
四、有源滤波器的工作原理详解1. 低通滤波器工作原理低通滤波器允许低频信号通过，阻断高频信号。
它的工作原理是利用运算放大器的放大特性和电容的频率特性。
当输入信号的频率较低时，电容的阻抗较高，导致输入信号几乎全部通过运算放大器。
而当输入信号的频率较高时，电容的阻抗较低，导致输入信号部分被电容吸收，从而实现了对高频信号的阻断。
2. 高通滤波器工作原理高通滤波器允许高频信号通过，阻断低频信号。
它的工作原理与低通滤波器相反。
当输入信号的频率较低时，电容的阻抗较低，导致输入信号部分被电容吸收，从而实现了对低频信号的阻断。
而当输入信号的频率较高时，电容的阻抗较高，导致输入信号几乎全部通过运算放大器。
3. 带通滤波器工作原理带通滤波器只允许特定频率范围内的信号通过，阻断其他频率的信号。
它的工作原理是将低通滤波器和高通滤波器结合起来。
通过选择合适的电容和电感参数，可以实现对特定频率范围内的信号的放大和传输，而阻断其他频率的信号。
有源电力滤波器的基本原理和分类
有源电力滤波器的基本原理和分类有源电力滤波器是电力电子技术中常用的一个概念。
它被广泛应用于电力系统中的谐波抑制和滤波控制中，以保证电力系统的稳定运行和有序的能量传输。
本文将从有源电力滤波器的基本原理和分类两个方面来详细介绍该技术的内容和应用场景。
一、有源电力滤波器的基本原理有源电力滤波器是指通过电力电子器件（如IGBT、MOSFET 等）配合控制电路，实现对电网谐波电流的主动抑制和滤波。
它的工作原理主要是通过采样电网波形，将其变换为电压信号后，送入控制器中进行数字信号处理。
处理后的结果通过PWM变换，驱动电力电子器件产生谐波电流，与谐波电流相互抵消，从而达到滤波的目的。
二、有源电力滤波器的分类根据其工作原理和控制方式的不同，有源电力滤波器可以分为多种类型，下面就具体介绍几种常见的有源电力滤波器类型。
1、电压型有源滤波器电压型有源滤波器主要是通过对电压信号进行采样和滤波，得到电网谐波电压分量后，通过功率放大器输出到负载侧，实现谐波电压的主动补偿和抑制。
该类型的有源滤波器主要适用于当前的电力系统中高压功率电子装置的谐波抑制，具有复杂的电路和控制策略，实现难度较大。
2、电流型有源滤波器电流型有源滤波器主要是通过对电流信号进行采样和滤波，得到电网谐波电流分量后，通过功率放大器输出到电力系统中，实现谐波电流的主动补偿和抑制。
该类型的有源滤波器主要适用于中低压电力系统，具有较高的滤波精度和电路简单易用的优点。
3、混合电压和电流型有源滤波器混合电压和电流型有源滤波器主要是通过对电压和电流信号分别进行采样和滤波，得到电网谐波电压和电流分量后，通过功率放大器输出到负载侧，实现谐波电压和电流的主动补偿和抑制。
该类型的有源滤波器是电压型和电流型有源滤波器的综合体现，具有滤波效果优秀、适用范围广、控制策略简单等优点。
总之，有源电力滤波器是电力电子技术中的一项重要内容。
在保证电力系统稳定运行和能量传输的过程中，有源滤波器可以发挥出其强大的作用。
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。
课件：有源滤波器
7. 4 有源滤波器滤波器的基础知识低通滤波器其它滤波电路20lg |A u |f(a)低通滤波电路f 0通阻阻通f 0通通通阻f 1f 1f 2f 2f20lg |A u |0f20lg |A u |f20lg |A u |(d) 带阻滤波电路(c) 带通滤波电路(b) 高通滤波电路阻阻1. 滤波电路的种类一、滤波电路的基础知识2. 滤波器的幅频特性u Aup A ||707.0up Aff p通带过渡带阻带低通滤波器的实际幅频特性oup A为通带放大倍数f p 为通带截止频率令f o =12πRC通带截止频率。
A u =·U i·U o ·11 +j f f o =1+ j ωRC1=U o·=R +j ωC 1j ωC1U i ·|A u |=·1+（f /f o ）213. 无源滤波电路和有源滤波电路RCU i·U o·无源低通滤波器20lg |A u |/dB0f-20-40对数幅频特性f 03dB-20dB/十倍频20lg |A u | = -20lg 1+（f /f o）2f ＜＜f o20lg |A u | ≈0f ＞＞f o 20lg |A u | ≈ 20lgff oAR LR +-CU o·U i·u p有源滤波电路➢必须在合适的直流电源供电情况下才能起滤波作用➢可以进行放大➢组成电路时应选用带宽合适的集成运放➢不适于高电压大电流的负载，只适用于信号处理4. 有源滤波电路的传递函数)()()(s U s U A i o s u =)()(s U s U p o =sRC R sCA s u +=+=1111)(AR LR +-CU o·U i·u p有源滤波电路1. 同相输入低通滤波sRC R R A s u +⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11112)(AR 1R 2R+-CU o·U i·u p二、低通滤波器RCf π210=12111f f j R R Au +⎪⎭⎫ ⎝⎛+= ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=121R R Aup 通带放大倍数AR 1R FR+-U o·U i·CRCU M ·=A up1 -f f o +j f f o ( )2 Q1•U i·A u =·U o ·1 + ( 3 -A up )jωRC +(jωRC )2A up=1 +R FR 1A up =f o =12πRC Q =3 -A up1简单二阶电路虚线——理想特性实线1 ——一阶滤波电路特性实线2 ——二阶滤波电路特性(Q = 1)f f 020lg /dBA u•A up -20dB/十倍频12-40dB/十倍频-20-400.11102. 反相输入低通滤波CsR R R A s u 212)(11+⋅-=CR f 2021π=1f fjA Aup u += AR 1R 2R 3+-CU o·U i·1. 高通滤波器( HPF )f o =12πRCA u =·U i·U o ·11 +j f f o =U o·=R + j ωC 1U i ·R=11+j ωRC1|A u |=·11+（f o /f ）2三、其它滤波电路CRU i·U o·无源高通滤波器f 03dB20dB /十倍频0f-20-4020lg |A u |/dB·对数幅频特性20lg |A u | = -20lg 1+（f o/f ）2U i ·U o·LPFHPF0ff 2LPF20lg |A u |·通阻f 1f 2阻fHPF f 120lg |A u |·0f20lg |A u |·f 2＞f 1U i·U o·LPF HPF0f低通20lg |A u |·f 2f 1f 高通20lg |A u |·0f通通f 2f 1阻·20lg |A u |·f 2< f 1RCj RC j Au ωω+--=11 CR f 2021π=A+-()S U o RRRP N C ()S U i O0O90O1801.0110f f ϕ图7.4.25 全通滤波电路的相频特性A+-RRR ()S U i CN P()S U o O0O90O1801.0110f f ϕ图7.4.25 全通滤波电路的相频特性四、开关电容滤波()21u u C u C Q -=∆=∆()21u u T C T Q i cc -=∆=为开关的周期c T 1. 基本开关电容单元C-++-1u 2u φφ图7.2.26 基本开关电容单元电路2. 开关电容滤波电路-++-2C i UO UR原型电路-++-φφi UO U1C 2C 1S 2S 开关电容低通滤波器cT C C RC 122==τcp f C C f 2121==πτ。
EMC基础之有源滤波器
EMC基础之滤波三、有源滤波器[ 录入者:admin | 时间:2007-11-16 13:34:16 | 作者: | 来源:采集所得 | 浏览:602次 ]中国电磁兼容网第三节有源滤波器1.一、有源滤波器的特性有源滤波器是由有源器件（例如晶体管、集成运算放大器等）和阻容等元件组成的一类滤波器。
近年来，成运算放大器发展十分迅速，一些有源滤波器中的有源器件，几乎都是采用了集成运放。
与无源滤波器相比，有源滤波器一般具有下列特点：(1)由于使用了有源器件，信号在无源器件(例如电阻)上的损失可口在有源器件中得到补充。
因而，有可能在电路中优先采用损耗耗较大而体积较小的电阻来代替无源滤波器中的电感器件。
这样不仅可以使滤波器的重量和体积大大缩小，而且可以避免由电感所带来的非线性、参数调整困难以及制造成本高等缺点。
另外从抑制干扰的角度考虑，这样就从根本上排除了电感所具有的对电磁场敏感、易检取外界噪声和本身易向外界施放电磁干扰噪声的弊端。
(2)由于运算放大器具有输入阻抗高、输出阻抗低以及高增益、高稳定性和闭环增益等参数调整灵活的一系列优点，从而为有源滤波器的设计提供了很大的方便。
(3)有源滤波器频率精度高，一般可达到±3%～±0.5%；频率稳定性好，通常可做到10-3～10-5／℃；低频滤波特性好，例如用集成运放和阻容元件组成的有源滤波器可使滤波频率范围低达10ˉ3H Z，并且具有较好的频率稳定性。
这些指标，都是无源滤波器难以达到的。
(4)有源滤波器的上限频率由于受有源器件(主要是集成运放)本身带宽的限制，一般只用在几十千赫以下的频率范围内，其最高频率也只接近1M H Z，因而在更高的频率范围内一般均采用无源滤波器。
这是有源滤波器的最大缺点。
有源滤波器按其工作性质，仍可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种基本类型。
此外，还有移相滤波器和开关电容滤波器以及跟踪滤波器等类型。
2.二、低通滤波器低通滤波器是一种用于通过某一频率以下的低频信号，抑制或衰减该频率以上的高频信号的滤波电路。
第二章 有源滤波器
第二章有源滤波器Active Filter(信号分离电路)测量系统从传感器拾取的信号往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其它处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从面影响测量精度。
这些噪声一般随机性很强，很难从时域中直接分离，但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定规律分布于频率域中某一特定频带中。
滤波器（信号分离电路）：从频域中实现对噪声的抑制，提取所需要的信号，是各种测控系统中必不可少的组成部分。
对滤波器的要求：(1)滤波特性好；(2)级联特性好(输入，输出)；(3)滤波频率便于改变滤波器举例：心电信号的滤波：主要受到50Hz的工频干扰，采用50Hz陷波(带阻)滤波器。
问题：如何设计一个心率计数器？一.滤波器的基本知识⒈按处理信号的形式分类：模拟（本课程）：连续的模拟信号(又分为：无源和有源)数字：离散的数字信号。
⒉理想滤波器对不同频率的作用：通带内，使信号受到很小的衰减而通过。
阻带内，使信号受到很大的衰减而抑制，无过渡带。
⒊按频谱结构分为5种类型：滤波器对信号不予衰减或以很小衰减让其通过的频段称为通带；对信号的衰减超过某一规定值的频段称为阻带；位于通带和阻带之间的频段称为过渡带。
根据通带和阻带所处范围的不同，滤波器功能可分为以下几种：低通(Low Pass Filter)高通(High Pass Filter)带通(Band Pass Filter)带阻(Band Elimination Filter)全通(All Pass Filter)（理想）各种频率信号都能通过，但不同的频率信号的相位有不同的变化，一种移相器。
图2-2 按频谱结构分类的各种滤波器的衰减（1-幅频）特性几个定义：(1)通带的边界频率：一般来讲指下降—3dB即对应的频率。
(2)阻带的边界频率：由设计时，指定。
(3)中心频率：对于带通或带阻而言，用f0或ω0表示。
(4)通带宽度：用Δf0或Δω0表示。
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，它使用放大器来增强滤波器的性能。
有源滤波器可以分为两种类型：有源低通滤波器和有源高通滤波器。
本文将详细介绍有源滤波器的工作原理和其在电子领域中的应用。
一、有源滤波器的基本原理有源滤波器的基本原理是利用放大器的放大功能来增强滤波器的性能。
放大器可以提供增益，使信号变得更强，并且可以根据需要调整频率响应。
有源滤波器通常由放大器和滤波器组成。
1. 有源低通滤波器有源低通滤波器可以通过滤除高频信号而只保留低频信号。
它的工作原理如下：- 输入信号进入放大器，放大器将信号增强。
- 信号通过一个电容器，电容器将高频信号绕过放大器输出。
- 低频信号则通过放大器输出。
2. 有源高通滤波器有源高通滤波器可以通过滤除低频信号而只保留高频信号。
它的工作原理如下：- 输入信号进入放大器，放大器将信号增强。
- 信号通过一个电容器，电容器将低频信号绕过放大器输出。
- 高频信号则通过放大器输出。
二、有源滤波器的应用有源滤波器在电子领域中有广泛的应用，以下是其中几个常见的应用场景：1. 音频放大器有源滤波器常用于音频放大器中，用于滤除噪音和杂音，提高音频的质量。
例如，在音响系统中，有源低通滤波器可用于滤除高频噪音，而有源高通滤波器可用于滤除低频噪音。
2. 无线通信系统有源滤波器在无线通信系统中起到了重要的作用。
例如，在手机中，有源滤波器可用于滤除无线电频率干扰，使得通话质量更好。
同时，有源滤波器还可以用于调整接收信号的频率响应，以适应不同的通信标准。
3. 传感器信号处理在传感器信号处理中，有源滤波器可用于滤除噪音和干扰，提取出有效的传感器信号。
例如，在温度传感器中，有源滤波器可用于滤除环境噪音，提取出准确的温度信号。
4. 音乐合成器有源滤波器在音乐合成器中广泛使用。
通过调整滤波器的频率响应，可以产生不同的音色效果。
例如，在合成器中，有源滤波器可用于模拟各种乐器的声音。
总结：有源滤波器是一种利用放大器来增强滤波器性能的电子滤波器。
《有源滤波器知识》PPT课件
模拟电子技术基础
故 滤波器的通频带宽
Q值越大，通频带越窄，滤波器 的选择性越强。
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模拟电子技术基础
A( j )
20lg |
| / dB
A0
0
带通滤波器 的幅频特性
0.5
1
–20
2
5
–40 0.1
Q=10
1
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w /wo
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模拟电子技术基础
2．二阶带阻有源滤波器 (1) 电路组成
故 传递函数
其中：
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模拟电子技术基础
b. 频率特性
将s=jw 代入式
得滤波器的频率特性
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模拟电子技术基础
c. 滤波器的幅频特性
幅频特性分析 (a) 当 时，
(b) 当
时，
(c) 当
时，
电路具有带阻特性
为中心角频率
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模拟电子技术基础
d. 滤波器的阻带 令
组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。
优点
电路简单 高频性能好
C
R
RL
工作可靠 通带信号有能量损耗
无源高通滤波器
缺点 负载效应比较明显
体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。
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模拟电子技术基础
(b) 有源滤波器 组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。
电路体积小、重量轻。
_
(2) 电路分析
a. 电路的传递函数
–
+
+
_
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模拟电子技术基础
式中 故
Z1(s)
+ _
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有源滤波器知识
1 概述
1.1 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）
它们的幅度频率特性曲线如图1所示。
图1 有源滤波器的频响
滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。
1.2 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2所示。
图2 滤波过程
2 有源低通滤波器(LPF)
2.1 低通滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Avp
通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图3所示。
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。
（2）通带截止频率fp
其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图3。
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。
图3 LPF的幅频特性曲线
2.2 简单一阶低通有源滤波器
一阶低通滤波器的电路如图4所示，其幅频特性见图5，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。
图4 一阶LPF 图5 一阶LPF的幅频特性曲线
当f = 0时，电容器可视为开路，通带内的增益为
一阶低通滤波器的传递函数如下
，其中
该传递函数式的样子与一节RC低通环节的增益频率表达式差不多，只是缺少通带增益Avp 这一项。
2.3 简单二阶低通有源滤波器
为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。
它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。
二阶LPF的电路图如图6所示，幅频特性曲线如图7所示。
图6 二阶LP
F 图7 二阶LPF的幅频特性曲线
（1）通带增益
当f = 0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为
（2）二阶低通有源滤波器传递函数
根据图8-2.06可以写出
通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数
(3)通带截止频率
将s换成jω，令ω0＝2πf0=1/(RC)可得
当f=fp 时，上式分母的模
解得截止频率：
与理想的二阶波特图相比，在超过f0以后，幅频特性以-40 dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。
但在通带截止频率fp→f0之间幅频特性下降的还不够快。
2.4 二阶压控型低通有源滤波器
（1）二阶压控型LPF
二阶压控型低通有源滤波器如图8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。
图8 二阶压控型LPF 图9 二阶压控型LPF的幅频特性
（2）二阶压控型LPF的传递函数
对于节点N，可以列出下列方程
联立求解以上三式，可得LPF的传递函数
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。
（3）频率响应
由传递函数可以写出频率响应的表达式
当f=f0时，上式可以化简为
定义有源滤波器的品质因数Q值为f=f0时的电压放大倍数的模与通带增益之比
以上两式表明，当2<Avp<3时，Q>1，在f=f0处的电压增益将大于Avp，幅频特性在f=f0处将抬高，具体请参阅图9。
当Avp≥3时，Q=∞，有源滤波器自激。
由于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。
2.5 二阶反相型低通有源滤波器
二阶反相型LPF如图8-2.10所示，它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。
二阶反相型LPF的改进电路如图8-2.11所示。
图10 反相型二阶LP
F 图11 多路反馈反相型二阶LPF 由图11可知
对于节点N，可以列出下列方程
传递函数为
频率响应为
以上各式中
3 有源高通滤波器(HPF)
二阶压控型有源高通滤波器的电路图如13.12图所示
图12 二阶压控型HPF 图13 二阶压控型H PF频率特性
（1）通带增益
（2）传递函数
（3）频率响应
令，则可得出频响表达式
由此绘出的频率响应特性曲线如图13所示。
结论：当f《 f0 时，幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec；当Avp≥3时，电路自激。
4 有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)
有源带通滤波器(BPF)电路如图14所示。
有源带阻滤波器(BEF)电路如图15所示。
带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。
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。
反之则为带阻滤波器。
图14 二阶压控型BP
F 图15 二阶压控型BEF
要想获得好的滤波特性，一般需要较高的阶数。
滤波器的设计计算十分麻烦，需要时可借助于工程计算曲线和有关计算机辅助设计软件。
例1: 要求二阶压控型LPF的fc=400Hz,Q值为0.7，试求图16电路中的电阻、电容值。
图16 二阶压控型LPF
解：根据fc，选取C，再求R 。
1. C的容量不易超过1uF 。
因大容量的电容器体积大，价格高，应尽量避免使用。
取C=0.1 uF，1kΩ<R<1MΩ
计算出R＝3979Ω，取 R=3.9kΩ
2．根据Ｑ值求R1和Rf，因为f=fc时Q=1/(3-Avp)=0.7 ，则Avp=1.57 。
根据Avp与R1、Rf 的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件1+Rf/R1=Avp=1.57，R1//Rf=R+R=2R 。
解得：。