单电源运放滤波器设计
单电源运放与滤波电路
单电源运放与滤波电路我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是他们都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路（图一中右）运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh和Vol。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
（参见1.3节）图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V也或者会更低。
放大电路滤波器设计
放大电路滤波器设计在现代电子技术应用中，放大电路是非常重要的一部分。
然而，由于信号传输过程中会产生各种噪声和干扰，因此设计一个有效的滤波器对于放大电路的性能提升至关重要。
本文将讨论放大电路滤波器的设计原理、常见类型以及设计方法。
一、设计原理放大电路滤波器的设计旨在滤除输入信号中的干扰噪声，同时保留所需信号的频谱。
其设计原理可归纳为以下几个步骤：1. 确定所需的截止频率：根据应用需求和信号特性，确定滤波器的截止频率。
截止频率是指滤波器能够滤除高于或低于该频率的信号分量。
2. 选择滤波器类型：根据截止频率的要求，选择适当的滤波器类型。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
3. 确定电路参数：根据滤波器类型和截止频率要求，进行电路参数的计算。
其中包括电阻、电容和电感等元件的数值计算。
4. 绘制电路图：将电路参数应用于电路图中，绘制出滤波器的具体结构。
注意合理布局，并确保电路连接正确。
5. 进行模拟仿真：利用电子设计自动化（EDA）工具进行模拟仿真，验证滤波器的性能。
根据仿真结果，优化电路参数以满足设计要求。
6. 确定元件数值：根据仿真结果，确定最终的元件数值。
注意选择具有稳定性和可靠性的元件。
7. PCB布局与制作：将电路图转化为PCB布局图，并进行制作。
在此过程中，应注意布局合理性、信号线的隔离和排列，以及功率线和信号线的分离。
二、常见滤波器类型1. 低通滤波器（Low Pass Filter）：允许低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号被滤除。
2. 高通滤波器（High Pass Filter）：允许高于截止频率的信号通过，低于截止频率的信号被滤除。
3. 带通滤波器（Band Pass Filter）：只允许位于一定频率范围内的信号通过，其他频率信号被滤除。
4. 带阻滤波器（Band Stop Filter）：只允许位于一定频率范围外的信号通过，其他频率信号被滤除。
电源线路中的滤波器设计原则
电源线路中的滤波器设计原则
在电源线路中，滤波器的设计是非常重要的。
滤波器的作用是减少电源线路中的噪声和干扰，确保电路正常运行和可靠性。
在设计滤波器时，需要考虑以下几个原则：
首先，滤波器的类型要选择合适。
常见的滤波器类型有LC滤波器、RC滤波器、Pi型滤波器和LCL滤波器等。
在选择滤波器类型时，需要根据系统的要求和性能需求来确定。
比如，对于高频噪声的滤除，可以选择LC滤波器；对于低频噪声的滤除，可以选择RC滤波器。
其次，滤波器的参数要进行合理选择。
滤波器的参数包括截止频率、阻抗、带宽等。
截止频率是滤波器的关键参数，需要根据系统工作频率和信号频率来选择。
阻抗要与系统负载匹配，以确保有较好的传输功率。
带宽要足够宽，以确保信号能够通过滤波器而不被丢失。
另外，滤波器的布局要合理。
在设计电源线路时，滤波器应该放置在电源接口附近，以便有效地滤除进入系统的噪声。
此外，滤波器应尽量避免与其他电磁干扰源或高功率负载相邻，以减少干扰效应。
最后，滤波器的质量要有保证。
选用质量可靠的电阻、电容和电感器件，以确保滤波器稳定可靠地工作。
另外，对滤波器进行严格的测试和调试，确保其性能符合设计要求。
总的来说，电源线路中的滤波器设计原则包括选择合适的滤波器类型、合理选择滤波器参数、合理布局滤波器位置，以及确保滤波器质量可靠。
只有严格按照这些原则进行设计，才能有效地减少噪声和干扰，提高系统的性能和可靠性。
电源滤波器电路设计
电源滤波器电路设计
电源滤波器电路设计的目的是通过滤除电源线上的噪声和波动，提供稳定、纯净的电源供电。
下面是一种常见的电源滤波器电路设计：
1. 输入滤波：在电源输入端接入一个电容器和一个磁珠（也称作磁环）。
电容器用于滤除高频噪声，磁珠则用于滤除电源线上的高频干扰信号。
2. LC滤波器：接下来是一个电感-电容（LC）滤波器。
该滤
波器由一个电感线圈和一个电容器组成，用于滤除更高频的噪声和波动。
电感线圈会将高频信号短路至地，电容器则用于消除电源线上的高频干扰。
3. 电源肖特基二极管：在输出端接入一个肖特基二极管，用于滤除电源线上的低频干扰。
肖特基二极管具有高反向电压极限和低正向电压降，能够有效地将低频噪声短路至地。
4. 输出电容器：在电源输出端接入一个大容量电容器，用于平滑电源输出，降低电压波动和提供稳定的电源供电。
以上是一个基本的电源滤波器电路设计，具体的电路参数和元件数值可以根据实际需求和应用场景进行调整。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本、尺寸等因素，并结合实际测试和仿真结果进行优化。
电源滤波器的设计
电源滤波器的设计
不包含图片
1.什么是电源滤波器
2.电源滤波器的结构
（1）电容，电容是用小容量的多层绕组做成，工作温度范围较宽，抗电磁干扰能力强，是低频级中的主要成分。
（2）电感器，电感器也是电容的补充，其特点是高频屏蔽能力强，但可偏振性较弱，因此，需要将它与电容组合使用，以获得更好的抗电磁干扰能力。
（3）限流元件，限流元件主要是控制瞬变电流环形，以减少电源线的高频抖动，提高滤波效果。
（4）反向导通，在实际应用中，反向导通也会用于电源滤波器，它的作用是防止后端的瞬变电流反向流动，从而阻止电磁干扰被传播出去。
（1）选取滤波器元件：在设计电源滤波器时，元件的选取对系统的屏蔽效果影响至关重要，而电感器和电容。
运算放大器低通滤波器的设计
运算放大器低通滤波器的设计低通滤波器是一种常见的滤波器，它可以将高频信号从输入信号中去除，只保留低频信号。
在运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）电路中，低通滤波器的设计可以用于滤除噪声、降低干扰等方面，使得输出信号更加准确和稳定。
一、低通滤波器的基本原理低通滤波器的基本原理是通过阻挡高频信号，只允许低频信号通过。
在运算放大器电路中，可以使用电容器和电阻实现低通滤波器。
1.RC低通滤波器RC低通滤波器是一种简单实用的滤波器，它由一个电阻和一个电容组成。
当输入信号通过电阻流入电容时，电容会逐渐充电，导致高频信号的幅度减小，从而实现滤波作用。
2.RC低通滤波器的截止频率RC低通滤波器的截止频率是指当输入信号的频率大于截止频率时，滤波器开始起作用，将高频信号滤除。
RC低通滤波器的截止频率可以通过以下公式计算：f_c=1/(2πRC)其中，f_c为截止频率，R为电阻值，C为电容值，π为圆周率。
二、运算放大器低通滤波器的设计步骤下面将介绍如何设计一个基于运算放大器的低通滤波器。
1.确定截止频率在设计低通滤波器之前，首先需要确定所需的截止频率。
根据应用需求和信号特性，选择适当的截止频率。
2.选择电容和电阻值根据所选截止频率，可以使用上述公式求解所需的电容和电阻值。
常见的电容和电阻值可以通过硬件电子元件手册或市场供应商的数据手册进行选择。
3.选择适当的运算放大器选择一个合适的运算放大器，以满足设计要求。
运算放大器应具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性。
4.建立电路连接将所选运算放大器、电阻和电容连接成一个低通滤波器的电路。
具体的连接方式可以参考运算放大器数据手册或其他相关资料。
5.设计电源为运算放大器电路提供适当的电源。
根据运算放大器的需求，选择合适的电源电压和电源电容。
6.调试和测试将设计好的低通滤波器电路进行调试和测试。
通过输入不同频率的信号，观察输出信号的响应和滤波效果。
13电源滤波器的设计-23页精选文档
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接地网
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信号线滤波器的选用
① 低频模拟信号中使用的滤波器，尤其是当 电子电路的灵敏度非常高时，需要采用如 电源线滤波器一样的单级或多级电路。
② 通常，信号是数字化的或高电平模拟信号， 对干扰不很敏感，可采用R、L、C、RC、 LC、T或π型滤波器。
③ R和L滤波器的基本工作原理是产生一个 高阻抗以反射干扰，但这通常仅能获得几 个dB的衰减。当源和负载阻抗都较低时， 这种滤波器最适合。
⑥ 套管滤波器必须完全同轴安装，使电磁干扰电 流成辐射状流经电容器。
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滤波器的正确安装
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1. 滤波器的输入和输出分别在机箱金属面板的两 侧，直接安装在金属面板上，使接触阻抗最小， 并且利用机箱的金属面板将滤波器的输入端和 输出端隔离开，防止高频时的耦合。
2. 滤波器与机箱面板之间最好安装电磁密封衬 垫(在有些应用中，电磁密封衬垫是必须的，否 则接触缝隙会产生泄漏)。
3. 因此，在产品上安装一个不合适的滤波器 后，可能会增加发射强度和/或使敏感性 变得更糟。
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• 图示的两级或更多级的滤波器，可以使内 部接点保持在相对稳定的阻抗上，因此对 负载及源的阻抗依赖不是很大，可以提供 接近50/50指标的性能。但滤波器体积大， 价格高。
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• 大多数电源线滤波器电容连接在相线与地 线之间。为了不超过相关安全标准限定的 地线允许泄漏值，电容值大约在几nF左右。
运放的使用及滤波器设计
运放的使用及滤波器设计运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种非常常见的电子元器件，常用于放大电压信号和作为各种信号处理电路的基础建设模块。
在本文中，我们将介绍运放的使用和滤波器设计。
一、运放的基本原理及使用1.运放的基本原理2.运放的引脚及使用方法一个典型的运放有八个引脚，包括非反相输入端（+）、反相输入端（-）、输出端、电源正极、电源负极等。
根据需要，我们可以将信号输入到非反相输入端或反相输入端，然后通过输出端输出放大后的信号。
通常，我们需要给运放提供两个电源电压，一个是正极供电，一个是负极供电。
正常工作时，两个电源电压的差值应该在一定范围内，如±5V。
3.运放的使用运放常用于放大电压信号或作为信号处理电路的关键组件。
它可以用于音频放大器、滤波器、信号源和控制系统等各种应用。
滤波器是一种能够选择性地通过或抑制特定频率组成的信号的电路。
根据其特性，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.低通滤波器低通滤波器（Low-Pass Filter）可以通过低频信号而阻止高频信号。
在低通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。
常见的低通滤波器电路有RC低通滤波器和RLC低通滤波器等。
2.高通滤波器高通滤波器（High-Pass Filter）可以通过高频信号而阻止低频信号。
在高通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。
常见的高通滤波器电路有RC高通滤波器和RLC高通滤波器等。
3.带通滤波器带通滤波器（Band-Pass Filter）可以通过一段特定频率范围的信号而阻止其他频率的信号。
在带通滤波器中，希望通过的信号频率范围被称为通带。
常见的带通滤波器电路有LC带通滤波器和RLC带通滤波器等。
4.带阻滤波器带阻滤波器（Band-Stop Filter）可以通过除一段特定频率范围的信号而传输其他频率的信号。
在带阻滤波器中，希望阻止的信号频率范围被称为阻带。
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这节非常深入地介绍了用运放组成的有源滤波器。
在很多情况中，为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端串入了电容。
这个电容实际上是一个高通滤波器，在某种意义上说，像这样的单电源运放电路都有这样的电容。
设计者必须确定这个电容的容量必须要比电路中的其他电容器的容量大100 倍以上。
这样才可以保证电路的幅频特性不会受到这个输入电容的影响。
如果这个滤波器同时还有放大作用，这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的1000 倍以上。
如果输入的信号早就包含了VCC/2 的直流偏置，这个电容就可以省略。
这些电路的输出都包含了VCC/2 的直流偏置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容。
这里有一个有关滤波器设计的协定，这里的滤波器均采用单电源供电的运放组成。
滤波器的实现很简单，但是以下几点设计者必须注意：
1. 滤波器的拐点(中心)频率
2. 滤波器电路的增益
3. 带通滤波器和带阻滤波器的的Q值
4. 低通和高通滤波器的类型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell)
不幸的是要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。
即使可能，由于各个元件之间的负杂互感而导致设计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。
通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放，这将根据设计者可以接受的最大畸变来决定。
或者可以通过几次实验而最终确定下来。
如果设计者希望用最少的元件来实现滤波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。
3．1 一阶滤波器
一阶滤波器是最简单的电路，他们有20dB 每倍频的幅频特性
3．1．1 低通滤波器
典型的低通滤波器如图十三所示。
图十三
3．1．2 高通滤波器
典型的高通滤波器如图十四所示。
图十四
3．1．3 文氏滤波器
文氏滤波器对所有的频率都有相同的增益，但是它可以改变信号的相角，同时也用来做相角修正电路。
图十五中的电路对频率是F 的信号有90 度的相移，对直流的相移是0度，对高频的相移是180度。
图十五
3．2 二阶滤波器
二阶滤波电路一般用他们的发明者命名。
他们中的少数几个至今还在使用。
有一些二阶滤波器的拓扑结构可以组成低通、高通、带通、带阻滤波器，有些则不行。
这里没有列出所有的滤波器拓扑结构，只是将那些容易实现和便于调整的列了出来。
二阶滤波器有40dB 每倍频的幅频特性。
通常的同一个拓扑结构组成的带通和带阻滤波器使用相同的元件来调整他们的Q 值，而且他们使滤波器在Butterworth 和Chebyshev 滤波器之间变化。
必须要知道只有Butterworth 滤波器可以准确的计算出拐点频率，Chebyshev 和Bessell滤波器只能在Butterworth 滤波器的基础上做一些微调。
我们通常用的带通和带阻滤波器有非常高的Q 值。
如果需要实现一个很宽的带通或者带阻滤波器就需要用高通滤波器和低通滤波器串连起来。
对于带通滤波器的通过特性将是这两个滤波器的交叠部分，对于带阻滤波器的通过特性将是这两个滤波器的不重叠部分。
这里没有介绍反相 Chebyshev 和 Elliptic 滤波器，因为他们已经不属于电路集需要介绍的范围了。
不是所有的滤波器都可以产生我们所设想的结果――比如说滤波器在阻带的最后衰减幅度在多反馈滤波器中的会比在Sallen－Key 滤波器中的大。
由于这些特性超出了电路图集的介绍范围，请大家到教科书上去寻找每种电路各自的优缺点。
不过这里介绍的电路在不是很特殊的情况下使用，其结果都是可以接受的。
3．2．1 Sallen－Key滤波器
Sallen-Key 滤波器是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。
他的成本很低，仅需要一个运放和四个无源器件组成。
但是换成Butterworth 或Chebyshev 滤波器就不可能这么容易的调整了。
请设计者参看参考条目【1】和参考条目【2】，那里介绍了各种拓扑的细节。
这个电路是一个单位增益的电路，改变Sallen－Key 滤波器的增益同时就改变了滤波器的幅频特性和类型。
实际上Sallen－Key 滤波器就是增益为1的Butterworth 滤波器。
图十六
3．2．2 多反馈滤波器
多反馈滤波器是一种通用，低成本以及容易实现的滤波器。
不幸的是，设计时的计算有些复杂，在这里不作深入的介绍。
请参看参考条目【1】中的对多反馈滤波器的细节介绍。
如果需要的是一个单位增益的But terworth 滤波器，那么这里的电路就可以给出一个近似的结果。
图十七
3．2．3 双T滤波器
双T 滤波器既可以用一个运放也可仪用两个运放实现。
他是建立在三个电阻和三个电容组成的无源网络上的。
这六个元件的匹配是临界的，但幸运的是这仍是一个常容易的过程，这个网络可以用同一值的电阻和同一值的电容组成。
用图中的公式就可以同时的将R3 和C3 计算出来。
应该尽量选用同一批的元件，他们有非常相近的特性。
3．2．3．1 单运放实现
图十八
如果用参数非常接近的元件组成带通滤波器，就很容易发生振荡。
接到虚地的电阻最好在E－96 1％系列中选择，这样就可以破坏振荡条件。
图十九
3．2．3．2 双运放实现
典型的双运放如图20到图22所示
图二十
图二十一
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。