二阶高通滤波器的设计_(2)要点

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二阶高通滤波器的设计 (2)

二阶高通滤波器的设计 (2)

前言当今时代,随着科学技术的发展,先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。

以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化,使我们由手工时代进入了现代的电器时代。

同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用,只有科技发展了才能使一个国家变得强大。

而作为二十一世纪的一名大学生,不仅仅要将理论只是学会,更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中,使理论与实践能够联系起来。

对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。

因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。

根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。

低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。

该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过,而且其电路性能稳定,增益容易调节。

利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。

工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。

例如:无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射;固体屏障也是一个声波的低通滤波器,当另外一个房间中播放音乐时,很容易听到音乐的低音,但是高音部分大部分被过滤掉。

我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。

但从整体而言,我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢,尚未大量生产和应用。

我国电子产品要想实现大规模集成,滤波器集成化仍然是个重要课题。

第一章设计任务1.1二阶低通滤波器题目要求a)设计截止频率f=2kHz的滤波器b)输出增益Av=2c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法第二章 系统组成及工作原理2.1 系统组成图 2.1 二阶低通滤波基础电路二阶低通滤波基础电路如图2.1所示,它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成,在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈,在不同的频段,反馈的极性不相同,当信号频率f >>f 0时(f 0 为截止频率),电路的每级RC 电路的相移趋于-90º,两级RC 电路的移相到-180º,电路的输出电压与输入电压的相位相反,故此时通过电容C 引到集成运放同相端的反馈是负反馈,反馈信号将起着削弱输入信号的作用,使电压放大倍数减小,所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减,只允许低频端信号通过。

电子课程设计---二阶有源高通滤波器

电子课程设计---二阶有源高通滤波器

长沙学院电子技术课程设计说明书题目有源高通滤波器设计系(部) 电子信息与电气工程系专业(班级) 光电2班姓名学号2013041216指导教师起止日期2015.6.1-2015.6.5模拟电子技术课程设计任务书长沙学院课程设计鉴定表目录一、有源高通滤波器的广泛应用 (5)二、 LM741EN芯片引脚功能及其应用 (5)LM741芯片引脚和工作说明: (5)三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理 (6)1.滤波电路 (6)2.集成运放电路和反馈电路 (6)3.二阶有源高通电路框架图: (7)四、有源高通滤波电路的设计 (8)(1)设计方案 (8)(2)元器件参数计算和选择(截止频率的选定) (8)(3)对设计的电路进行仿真调试 (9)①仿真电路 (9)②波特图幅频特性 (10)③波特图相频特性 (10)④输入波形与输出波形比较(红色为输入波形,蓝色为输出波形) (11)五、有源高通滤波电路的扩展和改良 (13)四阶有源高通滤波电路 (13)利用记录仪观察波形数据 (13)六、实训总结 (14)七、参考文献 (14)一、有源高通滤波器的广泛应用滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件,广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中,它能减弱或消除谐波的危害,对无用信号尽可能大的衰减,让有用信号尽可能无衰减的通过,从而纠正信号波形畸变。

所以,无论信号的获取、传输,还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。

在近代电信设备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛,尤其是有源高通滤波器。

它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用,有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。

所以研究滤波器,具有重大意义。

二、LM741EN芯片引脚功能及其应用LM741EN是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。

这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

具有广泛的共同模式,差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

二阶高通滤波器的设计 (2)二阶高通滤波器的设计 (2)

二阶高通滤波器的设计 (2)二阶高通滤波器的设计 (2)

前言当今时代,随着科学技术的发展,先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。

以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化,使我们由手工时代进入了现代的电器时代。

同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用,只有科技发展了才能使一个国家变得强大。

而作为二十一世纪的一名大学生,不仅仅要将理论只是学会,更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中,使理论与实践能够联系起来。

对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。

因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。

根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。

低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。

该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过,而且其电路性能稳定,增益容易调节。

利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。

工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。

例如:无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射;固体屏障也是一个声波的低通滤波器,当另外一个房间中播放音乐时,很容易听到音乐的低音,但是高音部分大部分被过滤掉。

我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。

但从整体而言,我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢,尚未大量生产和应用。

我国电子产品要想实现大规模集成,滤波器集成化仍然是个重要课题。

第一章设计任务1.1二阶低通滤波器题目要求a)设计截止频率f=2kHz的滤波器b)输出增益Av=2c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法第二章系统组成及工作原理2.1 系统组成图 2.1 二阶低通滤波基础电路二阶低通滤波基础电路如图2.1所示,它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈,在不同的频段,反馈的极性不相同,当信号频率f>>f0时(f为截止频率),电路的每级RC 电路的相移趋于-90º,两级RC 电路的移相到-180º,电路的输出电压与输入电压的相位相反,故此时通过电容C 引到集成运放同相端的反馈是负反馈,反馈信号将起着削弱输入信号的作用,使电压放大倍数减小,所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减,只允许低频端信号通过。

二阶高通滤波器的计算及设计_高国富

二阶高通滤波器的计算及设计_高国富

二阶高通滤波器的计算及设计_高国富------------------------------------------------------------------------------------------------二阶高通滤波器的计算及设计_高国富2003年第2期轻金属?59??相关技术?二阶高通滤波器的计算及设计高国富1,李巍1,杜丽2,赵韧2(1.兰州连城铝厂,甘肃兰州730335;2.沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:滤波装置分一阶、二阶、高通及C型四种。

高通滤波器主要滤13以上谐波。

该装置对某次频率以上呈现低阻抗。

本文从高通滤波器的原理出发,对其参数进行分析与推导,并举了实例。

关键词:高通滤波器;阻抗;频率中图分类号:TN713 文献标识码:B 文章编号:10021752(2003)02005904谐波对电力系统产生的危害是众所周知的。

国家为保证电能质量,对谐波源向系统注入点处的谐波电压、电流限制值作出了具体的规定。

颁发了《电能质量、公用电网谐波》标准。

因此,全国各行各业对用电质量都非常重视,谐波超标的企业纷纷上滤波装置,抑制谐波的方法可分为两大类:——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------?补偿的方法,设置LC滤波器。

?改造谐波源的方法:一是设法提高电力系统中主要的谐波源即整流装置的相数;二是采用高功率因数整流器。

本文就补偿的方法,设置LC滤波器进行探讨,LC滤波器通常分为单调谐滤波器和高通滤波器。

单调谐滤波器已经有许多论文对此进行了介绍和总结。

而且是最常用的,单对多个高次谐波而言,高通滤波器就显得更为重要。

高通滤波器也称为减幅滤波器。

通常分为四种型式:一阶,二阶,三阶和C型四种,现就最常用的二阶高通滤波器进行讨论。

4.9二阶RC高通滤波器的设计与测试

4.9二阶RC高通滤波器的设计与测试

fc=25kHz
ui u0
ui (1V/div) u0(0.5V/div)
4 t(10s/div)
0.5
X1 0 0 360 =0.5/4*360 =45 X
ui 超前
二、测量仪器
1. 示波器
示波器是电子电路测量中最常见、使用最广泛的精 密仪器之一,它能精确测试各种交、直流信号,形象地 反映被测信号的特征。注意接地、AC、DC工作方式, 熟练掌握定量画波形的技能。
幅频特性:
+
ui
-
uo
-
∣H(jω)∣(dB)
H ( )
2 R 2C 2
9 2 R 2C 2 1 2 R 2C
2 2ห้องสมุดไป่ตู้
0
0
-20

-40
-60 -80 -100 -120
lgf
fc
国家工科电工电子基础教学基地
国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心
2.二阶高通滤波器
C C + R R
现代电子技术实验
4.9 二阶RC高通滤波器的设计与测试
国家工科电工电子基础教学基地
国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心
现代电子技术实验
一.实验目的
1、了解二阶高通滤波器的频率特性。 2、掌握网络频率特性测试的一般方法。 3、测量二阶RC高通滤波器的幅频特性和相频特性。
国家工科电工电子基础教学基地
ui 超前
四、实验报告要求
1、认真记录实验数据 2、用坐标纸定量描绘测试波形,正确标明相应坐标。
3、根据测量数据和波形,分析结果总结相关内容。
4、定量画出在fc时,输出和输入的相位差波形。

阶高通滤波器的设计

阶高通滤波器的设计

模拟电路课程设计报告设计课题:二阶高通滤波器的设计专业班级:电信本学生姓名:学号:69指导教师:设计时间: 1月 3日题目:二阶高通滤波器的设计一、设计任务与要求① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路;② 截止频率f c =200Hz ; ③ 增益A V =2;④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V )。

二、方案设计与论证二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱(或减少)频率低于截止频率信号通过的滤波器。

高通滤波器有综合滤波功能,它可以滤掉若干次高次谐波,并可减少滤波回路数。

对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。

其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。

本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。

二者电路都是基于芯片ua741设计而成。

将信号源接入电路板后,调整函数信号发生器的频率,通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。

现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路与LPF 有对偶性,将LPF 的电阻和电容互换,就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。

电路如图2-1所示,参数计算为: 通带增益: 341R R Aup += Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数截止频率:RCf π210=品质因数:Av=1+R2/R1 232121C C R R fc π=2.2设计二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路。

其中: ss cL ω=,通带增益: 31C C A uo -= 截止频率: 232121C C R R fc π=品质因数:2321)321(R C C R C C C Q ++=31C C A uo -= , 232121C C R R fc π=up31A Q -=三、单元电路设计与参数计算3.1方案一:压控电压源二阶高通滤波电路Av=1+R2/R1=2 , 232121C C R R fc π==200令R1=10k ,则R2=10k又fc=200hz , 得出:C2=C3=0.47uf ;另取R=R4//R5=R3//R6=2//10=1.69K3.2方案二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路31C C A uo -= , 232121C C R R fc π= 设C1=0.22uf , 则C2=0.47uf又f=200hz 得出 :R1=3K,R2=20.0K至此得出了两种方案的参数,连接电路好即可.四、总原理图及元器件清单1.总原理图2.元件清单 直流源元件序号(名称) 型号 主要参数数量备注 变压器输入220V 、输出15V ,P=20W1个 带插头D 1——D 4 (二极管) 1N4007 各1个 保险管 Ip=0.5A 1个 电解电容C 1、2 3300uf/25V 2个 电解电容C 5、6220uf 2个 瓷介电容C 3、4、7、8 0、22uf 4个 集成块UA7411个方案一五、安装与调试1.焊接工具:电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂,对照原理图将元件安装在电路板上,检查元件位置是否正确。

二阶高通滤波器

高通滤波器的设计专 业: 应用电子技术班 级: 2010级 (1)班学 号: 201030210105姓 名: 焦义强指导老师: 黄磊目录前言....................................................................................................................... - 3 -第一章设计任务 ............................................................................................... - 4 -1.1 设计任务及要求......................................................................................... - 4 -1.2 设计目的..................................................................................................... - 4 -第二章滤波器的基本理论............................................................................. - 4 -2.1滤波器的有关参数...................................................................................... - 4 -2.2有源滤波和无源滤波.................................................................................. - 6 -2.3高通滤波器.................................................................................................. - 7 -第三章滤波系统中二阶高通滤波器设计 .............................................. - 7 -3.1压控电压源二阶高通滤波电路.................................................................. - 7 -3.2所需软件前面板(软面板)...................................................................... - 9 -3.3 所需电子元件............................................................................................. - 9 -3.4 电路连线图............................................................................................... - 10 -第四章二阶高通滤波电路的测试............................................................. - 11 -4.1 运放电路波形的输入与输出 .................................................................. - 11 -4.2 二阶高通运放的频率特性测试............................................................... - 12 -第五章结论 .................................................................................................... - 14 -5.1对本设计优缺点的分析............................................................................ - 14 -5.2结论与心得................................................................................................ - 14 -附录一 A741/LM741型运算放大器的资料 ............................................. - 15 -附录二参考文献 ............................................................................................. - 16 -前言滤波器可广义地理解为一个信号选择系统。

二阶高通滤波器的设计

二阶高通滤波器的设计二阶高通滤波器是一种常用的滤波器,可以去除信号中低频成分,保留高频成分。

设计一个高通滤波器,主要需要确定滤波器的截止频率和滤波器的类型。

在设计过程中,可以使用滤波器的电路图进行分析和计算,并使用软件工具进行模拟和验证。

一、滤波器的类型常见的二阶高通滤波器类型有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和Bessel滤波器等。

每种滤波器都有不同的特点和应用。

在选择滤波器类型时,需要根据具体的需求和性能要求进行权衡和选择。

二、滤波器的截止频率滤波器的截止频率是指滤波器开始对信号进行滤波的频率。

在设计二阶高通滤波器时,可以根据具体的需求和信号特性来确定截止频率。

截止频率的选择通常涉及信号频谱分析和滤波器性能评估。

三、滤波器电路设计在设计滤波器电路时,可以选择多种电路结构,常见的有Sallen-Key电路、多项式电路、双有源RC电路等。

这些电路有不同的特点和性能,在设计时需要根据滤波器类型和截止频率进行选择。

四、滤波器参数计算在确定滤波器电路结构后,需要计算电路中各个元器件的数值,包括电容、电阻和放大器增益等。

可以使用传统的电路分析方法,如Kirchhoff电流和电压法进行计算。

也可以使用现代的电路仿真软件进行模拟和参数优化。

五、滤波器性能评估完成滤波器的设计和电路计算后,需要对设计的滤波器进行性能评估。

可以使用电路仿真软件进行波形分析和频谱分析,以验证滤波器的设计是否满足要求。

还可以进行实际电路实现和实测,对滤波器的性能进行验证。

六、设计优化及改进通过性能评估,如果发现滤波器的性能不理想,可以对设计进行优化和改进。

可以尝试调整滤波器电路中的元器件数值,或选择其他适合的滤波器类型和结构。

优化设计可以根据具体的需求和应用场景来进行。

总结:设计二阶高通滤波器需要确定滤波器的类型和截止频率,选择合适的电路结构,进行电路参数计算和性能评估,并进行优化和改进。

设计过程可以通过传统的电路分析方法和现代的电路仿真软件来完成。

二阶有源高能滤波器的设计

二阶有源高通滤波器的设计
一、设计目的
(1)熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。

(2)掌握二阶有源滤波电路的快速设计方法。

(3)掌握二阶有源滤波电路的调试及其幅频特性和相频特性的测试方法。

二、设计过程
二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路,二阶高通滤波器电路组成,总设计图如图1所示:
三、电路设计
1.设计原理二阶高通滤波器的特点是,只允许高于截止频率的信号通过。

二阶高通滤波器的理想物理模型如图2所示
2.设计分析
二阶有源高通滤波电路图如图2所示,由图可见,它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,其特点是输入阻抗高,输出阻抗低。

二阶有源高通滤波电路:
a.通带增益
3.参数计算
电容器C1、C2的容量应在纳法数量级上,电阻的阻值应在几百千欧以内。

现选择电容大小C1=C2=2.2nF,则根据公式可得:
R1=R2=1/(2*π*fL*C)≈671欧,选择电阻671欧.与计算值有一点误差,所以,可能导致截止频率比84KHz稍有偏差。

所以选择:
R1=R2=671欧,C1=C2=2.2nF,Rf=9.1千欧,R1=9.1千欧,则:A0=1+Rf/R1=2
(符合Aup<3,能稳定工作)
四、实验结果
仿真电路图
仿真结果。

二阶有源高通滤波器

2013级《模拟电子技术》课程设计说明书二阶有源高通滤波器院、部:电气与信息工程学院学生姓名:方拓指导教师:张松华职称副教授专业:电气工程及其自动化班级:电气本1301班完成时间: 2015年6月20日《模拟电子技术》课程设计任务书学院:电气与信息工程学院适应专业:自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程《模拟电子技术》课程设计任务书学院:电气与信息工程学院适应专业:自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程摘要滤波电路是一种能使有用频率通过,同时抑制无用成分的电路,滤波电路种类很多,由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。

有源滤波器不用电感,体积小,重量轻,有一定的放大能力和带负载能力。

由于受到集成运算放大器特性的限制,有源滤波器主要用于低频场合。

有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路,从滤波器的阶数可分为一阶和高阶,阶数越高,幅频特性越陡峭。

本设计为有源二阶高通滤波器。

本设计采用一般意义上的设计方案,即通过无源二阶高通滤波电路接入运放组成的放大电路,组成二阶有源RC高通滤波器,先根据设计方案计算出所需各元件参数,通过Multisim 10仿真得到具体的电路图,在由制图软件(Altium Designer summer 09)得到原理图,由原理图导入到PCB图中,得到我们所用的电路板。

其中包括了电子元件的新建和封装、打印、转印等步骤。

最后,焊接时应注意线是否导通、是否短路和有无虚焊等。

最终完成安装,进行调试。

调试结果表明电路仅能够实现信号的高通滤波。

关键词:二阶;有源;高通;滤波器目录1绪论 (18)1.1设计课题意义及背景 (18)1.2设计课题任务及要求 (18)1.3设计内容 (18)2设计原理及方案比较 (1)2.1设计原理 (1)2.2方案比较 (1)2.3设计方案 (3)2.4直流电压源的设计 (4)2.4.1设计要求 (4)2.4.2直流稳压电源工作原理 (4)3设计课题的参数选择 (5)3.1有源二阶高通滤波器 (5)3.1.1无源二阶RC高通滤波电路部分 (5)3.1.2运放部分 (5)3.2.1电源变压器 (6)3.2.2整流桥 (6)3.2.3滤波部分 (6)4仿真分析 (8)4.1仿真电路图 (8)4.2仿真数据及分析 (8)5制作与调试 (11)5.1安装与调试 (11)5.2调试 (11)5.3调试结果 (12)5.3.1直流电源调试结果 (12)5.3.2二阶有源高通滤波电路调试结果 (12)5.4 数据分析 (13)5.5 故障排查 (13)心得体会 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)附录A 电路原理图 (16)附录B 电路PCB图 (17)附录C 电路实物图 (17)附录C 元件清单 (18)1绪论1.1设计课题意义及背景电子技术是当今科技发展的热点,各先进国家无不把它放在优先发展的地位。

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模拟电路课程设计任务书20 10 -20 11 学年第 2 学期第 1 周- 2 周摘要二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱(或减少)频率低于截止频率信号通过的滤波器。

高通滤波器有综合滤波功能,它可以滤掉若干次高次谐波,并可减少滤波回路数。

对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。

其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。

本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。

二者电路都是基于芯片LM324设计而成。

将信号源接入电路板后,调整函数信号发生器的频率,通过观察示波器可以看到信号放大了5倍。

现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,关键字:高通滤波器;二阶;有源;目录前言 (4)第一章设计内容 (5)1.1设计任务和要求 (5)1.2设计目的 (5)第二章滤波器的基本理论 (6)2.1滤波器的有关参数 (6)2.2有源滤波和无源滤波 (7)2.3巴特沃斯响应 (8)第三章滤波系统中高通滤波器模块设计 (11)3.1压控电压源二阶高通滤波电路 (11)3.2无限增益多路反馈高通滤波电路 (12)第四章二阶高通滤波器电路仿真 (13)第五章系统调试 (16)第六章结论 (17)5.2对本设计优缺点的分析 (17)5.1结论结论与心得 (17)附录一LM324引脚图 (18)附录二元件清单 (19)附录三参考文献 (20)第一章设计内容1.1设计任务和要求1.分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路;2.截止频率fc=100Hz3.增益AV=5;1.2设计目的1.了解滤波器的工作特点2.掌握电子系统的一般设计方法3.掌握常用元器件的识别和测试4.培养综合应用所学知识来指导实践的能力5.熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法6.进一步提高自己的动手实践能力7.掌握专业课程设计报告的格式及流程第二章滤波器的基本理论2.1滤波器的有关参数实际滤波器的基本参数:理想滤波器是不存在的,在实际滤波器的幅频特性图中,通带和阻带之间应没有严格的界限。

在通带和阻带之间存在一个过渡带。

在过渡带内的频率成分不会被完全抑制,只会受到不同程度的衰减。

当然,希望过渡带越窄越好,也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。

因此,在设计实际滤波器时,总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。

理想滤波器的特性只需用截止频率描述,而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点,两截止频率之间的幅频特性也非常数,故需用更多参数来描述。

纹波幅度d:在一定频率范围内,实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化,其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比,越小越好,一般应远小于-3dB。

截止频率fc:幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截止频率。

以A0为参考值,0.707A0对应于-3dB点,即相对于A0衰减3dB。

若以信号的幅值平方表示信号功率,则所对应的点正好是半功率点。

带宽B和品质因数Q值:上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽,或-3dB带宽,单位为Hz。

带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。

在电工学中,通常用Q代表谐振回路的品质因数。

在二阶振荡环节中,Q值相当于谐振点的幅值增益系数,Q=1/2ξ(ξ——阻尼率)。

对于带通滤波器,通常把中心频率f0()和带宽B之比称为滤波器的品质因数Q。

例如一个中心频率为500Hz的滤波器,若其中-3dB 带宽为10Hz,则称其Q值为50。

Q值越大,表明滤波器频率分辨力越高。

倍频程选择性W:在两截止频率外侧,实际滤波器有一个过渡带,这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢,它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。

通常用倍频程选择性来表征。

所谓倍频程选择性,是指在上截止频率fc2与2fc2之间,或者在下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值,即频率变化一个倍频程时的衰减量或倍频程衰减量以dB/oct表示(octave,倍频程)。

显然,衰减越快(即W值越大),滤波器的选择性越好。

对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。

即[dB/10oct]。

滤波器因数(或矩形系数):滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式,它是利用滤波器幅频特性的-60dB带宽与-3dB带宽的比值来衡量滤波器选择性,理想滤波器=1,常用滤波器=1-5,显然,越接近于1,滤波器选择性越好。

?滤波器的截止频率用来说明电路频率特性指标的特殊频率。

当保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍,或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。

在高频端和低频端各有一个截止频率,分别称为上截止频率和下截止频率。

db的计算公式是20*log10(x),x为信号某一个频率上真正的幅值。

用滤波器去测试其截止频率,保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍。

所测值为其截止频率。

滤波器的带宽为两个截止频率之间的频率范围又称为通频带。

2.2有源滤波和无源滤波无源滤波器通常是用电阻,电容,电感这些无源器件构成的,无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L和C组成。

有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

而有源滤波器常包含运放等要接外部电源才能工作的器件。

通常有源滤波的效果较好。

无源滤波器:集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

有源滤波自身就是谐波源。

其依靠电力电子装置,在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等,相位相反的谐波向量,这样可以抵消掉系统谐波,使其成为正弦波形。

有源滤波除了滤除谐波外,同时还可以动态补偿无功功率。

其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,补偿无功细致。

缺点为价格高,容量小。

由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟,所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。

其运行可靠性也不及无源。

一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。

这样谐波电流就不会流入系统。

无源滤波的优点为成本低,运行稳定,技术相对成熟,容量大。

缺点为谐波滤除率一般只有80%,对基波的无功补偿也是一定的。

目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型,即无源进行大容量的滤波补偿,有源进行微调。

有源滤波器与无源滤波器相比,有以下特点:a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理;b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点。

2.3巴特沃斯响应什么是巴特沃斯响应?有什么特点,还有其他响应类型的滤波器吗?(1)巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。

巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。

这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯(Stephen Butterworth)在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。

巴特沃斯滤波器的特性巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零。

在振幅的对数对角频率的波得图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。

一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝,每十倍频20分贝。

二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。

巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降,并且也是唯一的无论阶数,振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。

只不过滤波器阶数越高,在阻频带振幅衰减速度越快。

其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。

巴特沃斯滤波器的特点是在通带以内幅频曲线的幅度最平坦,由通带到阻带衰减陡度较缓,截止频率以后的衰减速率为6MDB/倍频程,相频特性是非线性的。

对阶跃信号有过冲和振铃现象。

巴特沃斯滤波器是一种通用型滤波器,又称为最平幅度滤波器。

n阶巴特沃斯低通滤波器的振幅和频率关系可用如下的公式表示:从幅频特性提出要求,而不考虑相频特性。

巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性。

⑵切比雪夫滤波器。

比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快,但频率响应的幅频特性不如后者平坦。

切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小,但是在通频带内存在幅度波动。

ε是决定通带波纹大小的系数,波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件。

与巴特沃斯逼近特性相比较,这种特性虽然在通带内有起伏,但对同样的n值在进入阻带以后衰减更陡峭,更接近理想情况。

ε值越小,通带起伏越小,截止频率点衰减的分贝值也越小,但进入阻带后衰减特性变化缓慢。

切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较,切贝雪夫滤波器的通带有波纹,过渡带轻陡直,因此,在不允许通带内有纹波的情况下,巴特沃斯型更可取;从相频响应来看,巴特沃斯型要优于切贝雪夫型,通过上面二图比较可以看出,前者的相频响应更接近于直线。

⑶贝塞尔滤波器电子学和信号处理中,贝赛尔(Bessel)滤波器是具有最大平坦的群延迟(线性相位响应)的线性过滤器。

贝赛尔滤波器常用在音频天桥系统中。

模拟贝赛尔滤波器描绘为几乎横跨整个通频带的恒定的群延迟,因而在通频带上保持了被过滤的信号波形。

滤波器的名字来自于Friedrich贝赛尔,一位德国数学家(1784–1846),他发展了滤波器的数学理论基础。

贝塞尔(Bessel)滤波器具有最平坦的幅度和相位相应。

带通(通常为用户关注区域)的相位响应近乎呈线性。

Bessel滤波器可用于减少所有IIR 滤波器固有的非线性相位失真。

贝塞尔(Bessel)线性相位滤波器正是由于具有向其截止频率以下的所有频率提供等量延时的特性,才被用于音频设备中,在音频设备中,必须在不损害频带内多信号的相位关系前提下,消除带外噪声。

另外,贝塞尔滤波器的阶跃响应很快,并且没有过冲或振铃,这使它在作为音频DAC输出端的平滑滤波器,或音频ADC输入端的抗混叠滤波器方面,是一种出色的选择。

贝塞尔滤波器还可用于分析D类放大器的输出,以及消除其它应用中的开关噪声,来提高失真测量和示波器波形测量的精确度。

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