有源滤波电路--模拟电路、、
带通滤波电路带通滤波器
f<f1的信号可从低通滤波器通过
f>f2的信号可从高通滤波器通过
阻带宽度为f2 -fl
频率范围在fl<f<f2的信号被阻断
三、 带阻滤波电路
2. 常用带阻滤波器（BEF）
电路特征：输入信号经过一个由RC元件 组成的双T型选频网络，然后接至集成运 放的同相输入端。
工作原理：当输入信号的频率较高时，可 以认为电容短路，则高频信号从上面由两 个电容和一个电阻构成的T型支路通过；
Ui (s)
1 sC
M
1 sC
P
Uo(s)
UM (s) UP (s) UP (s)
1
R
sC
Ui (s) UM (s) UM (s) UO (s) UM (s) UP (s)
1
R
1
sC
sC
压控电压源二阶HPF电路பைடு நூலகம்
传递函数：
Au
(s)
1
[3
(sRC)2 Aup (s) Aup (s)]sRC (sRC)2
带阻滤波器的作用与带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号被 阻断，而在此频带之外，信号能够顺利通过。带阻滤波器也常用于抗干 扰设备中阻止某个频带范围内的干扰及噪声信号通过。
从原理上说，将一个通带截止频率为fl的低通滤波器与一个通带截 止频率为f2的高通滤波器并联在一起，当满足条件fl<f2时，即可组成带 阻滤波器。
1 Q 3 AuP
A u
f f0
A u p 3 A u p
Q A u p
Q是f=f0时的电压放大倍数与通带放大倍数之比
一、高通有源滤波电路
对数幅频特性
模电课程设计
模拟电路课程设计报告题目 多功能有源滤波器一、设计任务与要求① 设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，通带A V =1。
② 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、方案设计与论证题目要求分析：一，题目要求设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，这是一种状态变量型有源滤波器。
将比例、积分、求和等基本运算电路组合在一起，并能够对所构成的运算电路自由设置传递函数，实现各种滤波功能，我们将之称为状态变量型有源滤波电路。
其传递函数可统一表示为2()012()2i ()012o s u s s U a a s a s A U b b s b s++==++改变求和运算电路的输入，就可以改变()u s A ，从而得到不同类型的滤波电路。
再在不同滤波电路的输出端加上反相比例运放，既可得到符合放大倍数的滤波电路。
二，题目要求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 ）。
由集成电路的四个基本组成电路：电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路可知，只要含有这四个基本组成部分，再加上一些保护电路，过滤电路和指示电路。
合理的参数计算与选择，利用中间置地法，我们就能做出一个符合要求的直流电压源。
注：其整流电路要求用桥式整流电路。
方案一1、设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波电路；使用AF100集成块，外接几个电阻即可实现。
原理图如下：U1U2U3U4R1 100kΩC11nFIC=0VC21nFIC=0VR2100kΩR310kΩUo1Ui2Uo2Ui3UO3Ui41Ui42Uo4Ui11Ui12图（a）AF100内部电路U1U2U3R1100kΩC11nFIC=0V C21nFIC=0VR2100kΩR310kΩUO3R41kΩUiR51kΩR61kΩR71kΩIO2IO1¸ßͨµÍͨ´øͨ图(b) 使用AF100集成块接成变量型滤波电路2、设计一个正负直流电源（±12V ）；通过计算，得出各元件参数下限，在其基础上提高10%的扩充范围，以确保元件安全与实验准确达到实验要求。
童诗白《模拟电子技术基础》教材学习辅导书 【名校笔记 课后习题 考研真题】(6-10章)【圣才出品】
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第 6 章 信号的运算和处理
6.1 复习笔记
本章主要讲述了基本运算电路和有源滤波电路，通过本章的学习，读者要能够识别运算 电路的功能，并掌握基本运算电路输出电压和输入电压运算关系的分析方法，同时理解 LPF、 HPF、BPF 和 BEF 的组成和特点，识别滤波电路类型，并能够根据需求合理选择电路。
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表 6-1-5 四种滤波器理想幅频特性及用途举例
2．无源滤波器和有源滤波器 由电阻、电容和电感等无源元件组成的滤波器为无源滤波器；若在滤波器中有有源元件， 则称之为有源滤波器。 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。 无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤波电路；有源滤波电路是信号处理电 路，其输出电压和电流的大小受元件自身参数和供电电源的限制。
6.2 电路如题 6.2 图所示，集成运放输出电压的最大幅值为±14V，填表。
题 6.2 图
解：若电路工作在线性区，则 uO1＝（－Rf/R）uI＝－10uI，uO2＝（1＋Rf/R）uI＝11uI。 若电路工作在非线性区，输出电压为±14V。据此可得题 6.2 解表。
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题 6.2 解表
6.3 设计一个比例运算电路，要求输入电阻 Ri＝20kΩ，比例系数为－100。 解：利用反相比例放大器实现，如题 6.3 解图所示，其中，Ri＝R1＝20kΩ，Rf＝2MΩ。
题 6.3 解图 6.4 电路如题 6.4 图所示，试求其输入电阻和比例系数。
模拟电子技术第七章
* R’ = R // Rf
反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为
Rif = R
引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为 R0f = 0
第七章 信号的运算和处理
2.
T型网络反相比例运算电路
电阻R2 、 R3和R4构 成T形网络电路。
节点N的电流方程为
uI uM i2 R1 R2 uM R2 所以 i3 uI R3 R1R3
第七章
信号的运算和处理
7.1 基本运算电路
7.2 7.3
童 诗 白 第 四 版
模拟乘法器及其运算电路的运用 有源滤波电路
7.4 电子信息系统预处理中所用电路
本章重点和考点
1.比例、加减、微分及积分电路的综 合运算。 2.有源滤波电路的基本概念(二阶低通
童 诗 白 第 四 版
滤波电路)。
第七章 信号的运算和处理
7.1
基本运算电路
在运算电路中，以输入电压作为自变量，以 输出电压作为函数；当输入电压变化时，输出电压 按一定的数学运算规律变化。 基本运算电路包括： 比例、加减、积分、微分、对数、指数
第七章 信号的运算和处理
7.1.1 概述
在运算电路中，集成运放必须工作在线性区， 因而电路中必须引入负反馈；且为了稳定输出电 压，均采用电压负反馈；由于其优良的指标参数， 均为深度负反馈。
i4 = i2 + i3
输出电压
u0= -i2 R2 – i4 R4
将各电流代入上式
R2 R4 R2 // R4 uo (1 )uI RI R3
第七章 信号的运算和处理
二、同相比例运算电路
RF uo (1 )uI R
uO RF Auf 1 uI R
实验五 带通滤波器(有源无源)
7实验五 带通滤波器（有源、无源）一、实验目的1、熟悉带通滤波器构成及其特性。
2、学会测量带通滤波器幅频特性的方法。
二、实验原理说明滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的电子装置。
工程上常用它作信号处理、数据传送和抑制干扰等。
这里主要是讨论模拟滤波器。
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，集成运放获得了迅速发展，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均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。
但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，这是它的不足之处。
2.1基本概念及初步定义滤波电路的一般结构如2—1所示。
图中的V i (t)表示输入信号，V 0（t ）为输出信号。
假设滤波器是一个线形时不变网络，则在复频域内其传递函数（系统函数）为A （s ）＝)()(0s V s V i式中A （s ）是滤波电路的电压传递函数，一般为复数。
对于频率来说（s=j ω）则有A （j ω）＝│A （j ω）│ej φ(ω)(2-1)这里│A （j ω）│为传递函数的模，φ(ω)为其相位角。
此外，在滤波电路中关心的另一个量是时延τ（ω），它定义为τ（ω）＝- (2-2)通常用幅频响应来表征一个滤波电路的特性，欲使信号通过滤波器的失真很小，则相位和时延响应亦需考虑。
当相位响应φ(ω)作线性变化，即时延响应τ（ω）为常数时，输出信号才可能避免失真。
2.2滤波电路的分类对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。
理想滤波电路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（│A （j ω）│＝０）。
通常通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可分为以V i 图2-1 滤波电路的一般结构 )()(s d d ωωϕ实验二滤波器（有源、无源）下几类：低通滤波电路其幅频响应如图3-2a所示，图中A０表示低频增益│A│增益的幅值。
课件：高阶有源滤波电路
fH
0.6
fc
0.6 2RC
vo
结构3 - 压控电压源 Rf R1
As
Vo s Vi s
1
3
Avf
Avf
sCR
sCR
2
c
1 RC
Q 1 3 Avf
Q 0.707时，fH
fc
1 2RC
-40dB/十倍频
12
9.3 高阶有源滤波电路
(4) 高阶滤波电路的选用和设计性能进一步完善
• 最常用的低通有源滤波电路有4种 —— 有相应的快速设计手册 巴特沃斯(Butterworth)滤波电路 切比雪夫(Chebyshev)滤波电路 贝塞尔(Bessel)滤波电路 椭圆滤波器（Elliptic filter）又称考尔滤波器（Cauer filter）
9.3.1 有源低通滤波电路
二阶可以由一阶串联一阶构成 (带阻-并联)
9.3.2 有源高通滤波电路
1 1 2sRC (sRC )2
9.3.3 有源带通滤波电路
(sRC )2 1 2sRC (sRC )2
9.3.4 二阶有源带阻滤波电路
sRC 1 2sRC (sRC )2
1 1
2sRC 3sRC
R
vo R
vi
vi
C
A1
C
结构2
1
Av (s) 1 3sRC (sRC )2
Q 1 0.33 3
0.37 fH 0.37 fc 2RC
C R
vi
R vA
C
vp A1
R
vo vi C
vo R
A
vi
vo A
C
结构1
AV
(s)
1
模电第六章 基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
相频响应
arctg
1 0 /
0 / Q
2
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
三、二阶Sallen-Key带通滤波器
高通
反馈
设 Y 1 1/ R 1
Y2 1 R2 Y3 sC3 Y4 sC4 Y5 1 R5
得到二阶有源带通滤波电路
5、设计有源滤波器比设计LC滤波器更具灵活性，也可得到电 压增益。
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
4.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。
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
稳态响应
H ( j ) H (0 ) 1 jQ 0 0
幅频响应
H ( j ) H (0 ) 1 Q2 0 0
2
相频响应
arctgQ
低通
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
A1 A0 通带 O 测评 通带 阻带 阻带
有源带通滤波电路可理解为
由低通和高通串联得到
1
1 低通特征角频率 1 R1C 1 1 高通特征角频率 2 R2 C 2
必须满足
A2 A0
阻 碍 阴
通带 阻 碍 测评 O 2 阴 阻 碍 A A0 阴 通带 阻带 O 阻 碍
低通（LPF） 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF）
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
有源滤波和无源滤波
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。 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。 原理上讲，有源滤波器可以达到很高的Q值，但是过高的Q值对于有源滤波器来说是不够稳定的。有源滤波器的特性曲线不够好，有可能是你使用的运放带宽不够。从原理上，无论有源无源，实现出来的特性应该是一致的。主要还是一个制作问题。 你的说法有基本概念问题。不能说你的二阶低通滤波器的相应没有巴特沃思的相应好！因为你的滤波器就是根据巴特沃思原形设计的！你的楼下那位大虾说的很对。无论是无源还是有源滤波器，都是基于同样的原形，从滤波特性本身来讲都是一样的。两者的差别不在这里。你还是应该在电路上寻找原因。 无源RC滤波器当然不能等同于有源RC滤波器，有源RC和无源LC可以实现出Bottworth函数，而用无源RC实现这个函数是很不理想的，它的最低衰耗值极高（此点鲜为人知）。所以一般不用无源RC函数作滤波器逼近函数。 不仅如此，而且经过计算，无源低通二阶滤波器的品质因数非常的低，最高能达到0.5，但是这个还不是所有的频率都能够达到的。 滤波器是一种能使有用信号顺利通过而同时对无用频率信号进行抑制（或衰减）的电子装置。工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。以往主要采用无源元件R、L和C组成模拟滤波器，六十年代以来，集成运放获得了迅速地发展，由它和R、C组成的源滤波器，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均很高，而输出阻抗又很低，而且，由其构成的有源滤波器还具且一定的电压放大和缓冲作用。因此，基于放大器和R、C构成的有源滤波器应用日益广泛。随着微电子学的发展，人们已经可以把一些电阻和电容与运放集成在一块芯片上构成通用有源滤波器（Universal Active Filter,UAF）。这种芯片集成度高，片内集成了设计滤波器所需的电阻和电容，在应用中只需极少数外部器件就可以很方便地构成一个源滤波器。BB（Burr-Brown）公司的UAF42就是这一类通用有源滤波器的代表。它可广泛应用于高通、低通和带通滤波器设计中。它采用典型的状态可调（state-variable）模拟结构，内部集成了一个反向放大器和两个积分器。该积器包括1000μF（±5%）的电容。因此较好的解决了有源波器设计中获得低损耗（low-loss）电容的问题。 有源滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为PWM的调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制IGBT单相桥，根据PWM技术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。
8.7.2 一阶低通有源滤波电路
2020/6/4
5
模拟电子技术基础
8.7.2 一阶低通有源滤波电路
2020/6/4
1
一阶低通有源滤波电路 1. 电路组成
2. 传递函数 根据同相比例运算关系和 I+ = 0 的特点得：
即
2020/6/4
2
一阶低通有源滤波电路 传递函数为
令AuP = 1 + Rf/R1 ，并称为通带电压放大倍数（即 f = 0 时的增益）。则
有源滤波电路传递函数分母中“s”的最高“指数” 称为滤波电路的“阶数”。故该电路为一阶低通有源 滤波电路。
2020/6/4 对数幅频特性曲线
用j取代s，且令特征频率
。则
其幅值为
。当 f = fo 时，
，故上限截止频率 fH = fo 。
因为
， 所以
2020/6/4
4
一阶低通有源滤波电路 当 f << fo 时， 当 f = fo 时， 当 f >> fo 时，
(优选)模拟电子技术一些有源滤波器件计算及传递函数
A(s) Vo (s)
AVF
Vi (s) 1 (3 - AVF )sCR (sCR )2
（二阶）
1 Q
3 AVF
称为等效品质因数
3. 幅频响应
20 lg A(j ) 20 lg
A0
1
1
( c
)2
2
( cQ
)2
归一化的幅 频响应曲线
9.3.2 有源高通滤波电路
1. 二阶高通滤波电路
稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，
使振幅平衡条件从 回A到F 1
AF 1 。
3. 振荡电路基本组成部分
放大电路（包括负反馈放大电路） 反馈网络（构成正反馈的） 选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈
网络合二为一。） 稳幅环节
9.6 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 稳幅措施
起振时，AV
1
Rf R1
3
即 AV FV 1
热敏电阻的作用
Vo
Io
Rf 功耗
Rf 温度
Rf 阻值
AV
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
AV 3
AV FV 1 稳幅
1. 电路组成原理 可由低通和高通串联得到
H
1 R1C1
L
1 R2C 2
低通截止角频率 高通截止角频率
必须满足 L H
9.3.4 二阶有源带阻滤波电路
可由低通和高通并联得到 必须满足 L H
陷波电路
9.3.4 二阶有源带阻滤波电路
带阻滤波电路的幅频特性
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件
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1
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称： 模拟电路
实验名称： 有源滤波电路
学院： 信息工程学院
组号： 指导教师： 陈田明 班级： 3
报告人： 肖灿奇 学号：2013800087
实验时间： 2014 年 10 月 22日
实验地点 N102
实验报告提交时间： 2014 年 11 月 5 日
得分 教师签名 批改日期
2
一、实验目的
1、熟悉有源滤波电路的构成及其特性；
2、学会测量有源滤波电路的幅频特性。
二、实验仪器
1、数字万用表
2、双踪示波器
3、信号发生器
4、交流毫伏表
三、实验内容
1．熟悉低通滤波电路
实验如下图5-1所示，按图接线并完成表5-1
2.熟悉高通滤波电路
实验电路如图5-2所示，按表5-2内容测量并记录。
3
3.熟悉带阻滤波电路
实验电路图如图5-3所示。
（1） 实测电路的中心频率；
（2） 以实测中心频率为中心，测出电路的幅频特性。
4
四、数据处理
低通滤波电路
0
0.5
1
1.5
2
405060100150200300400
f/Hz
有
效
值
V
o
/
V
低通滤波电路
高通滤波电路
0
0.5
1
1.5
2
2.5
103050100130150160170200300400
f/Hz
有
效
值
V
o
/
V
高通滤波电路
带阻滤波电路
0
0.2
0.4
0.60.811.21020306080100200300400f/Hz有效值Vo/V带阻滤波电路
5
五、实验结果与讨论：
指导教师批阅意见：
成绩评定：
预习 （20分） 操作及记录 （40分） 数据处理及思考题（40分） 报告整体
印 象
总分
数据处理 25分 结果与讨论 5分 思考题
10分
注： 1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充；
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内；
3、教师可根据实验报告整体情况酌情扣分（10分）。