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  • 二阶有源滤波器设计

    万次阅读 多人点赞 2018-10-31 17:21:31
    我们根据上图得到二阶无源低通滤波器的品质因子只有0.372,如果希望Q大于0.5,就需要在ω=ωo附近增大幅度响应。 实现这个目的的一种方法就是增加一个可控的正反馈控制量,这种反馈仅仅在ω=ωo附近奏效,参见下...

    1引入

    为什么要用有源二阶滤波器?

    (1)从有源来说

    对于无源二阶低通滤波器:

    其幅頻方程为:

    我们从中可以看出其通带截止频率为

    有其品质因子为0.372。

    我们根据上图得到二阶无源低通滤波器的品质因子只有0.372,如果希望Q大于0.5,就需要在ω=ωo附近增大幅度响应。

    实现这个目的的一种方法就是增加一个可控的正反馈控制量,这种反馈仅仅在ω=ωo附近奏效,参见下图:

    对于ω/ωo<<1,C1的阻抗太大而无法反馈太多信号

    对于ω/ωo>>1,C2产生的短路使得uo太小而无法起作用;

    对于ω/ωo=1附近存在正反馈,可以通过改变Aup来进行调整,以获得要求的峰值。

    (2)从二阶来说

    我们可以看一下有源二阶滤波器和一阶有源低通滤波器的对数幅频响应特性图:

    我们理想的特性是:当时输入信号频率大于通带截止频率时,放大倍数立刻降为0。但是,实际情况很难达到这样的情况。上图中的红线是一阶低通有源滤波电路,蓝线是二阶低通有源滤波电路。可以明显看到,二阶的更加接近理想特性曲线。在截止区,放大倍数下降的更快一些。

    2介绍

    任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。

    二阶有源滤波器主要分为两种:

    压控电源型(VCVS)——同相输入,输入阻抗很高,输出阻抗很低,滤波器相当于一个电压源,故称电压控制电压源电路。其优点是电路性能稳定、增益容易调节。

    无限增益多路反馈型(MFB)——运放为反相输入,输出端通过C2R3形成两条反馈支路。其优点是电路有倒相作用,使用元件较少,但增益调节对其性能参数会有影响,故应用范围比VCVS电路要小。

     

    3、设计方法

    (1)品质因子Q的选择

    • Q=0.707,构成巴特沃思滤波器(常用) 
    • Q=1/√3=0.577 ,构成贝塞尔滤波器。
    • Q=1,切比雪夫滤波器。

    (2)元器件的选择

    在滤波器设计时,通常给定的设计指标:     截止频率fo、通带内增益Aup及滤波器品质因数Q(二阶通常取0.707)。仅有fo、Aup、Q这三个值求电路中所有的的RC值是相当困难的。比如我们要设计一个二阶压控低通滤波器,则有以下方程:

    需先确定一个或几个元件值,再解方程,这是很繁琐的工作,为设计方法,引入查表法,实现快速设计。

    4、例

    (1)二阶有源压控低通滤波器

    Q=0.707

    Aup=1,R1=R2=R

    C1=2QC,C2=C/2Q

    CC:0.001µ~0.1µ

    RC=R1+R2

    RcCc防止振荡

    巴特沃斯低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示:

    e是常数参数

    2步骤

     

    (1)分析通带截止频率和阻带起始频率

    截止频率是指一个系统的输出信号能量开始大幅下降(在带阻滤波器中为大幅上升)的边界频率。

    理想滤波器矩形系数是1,但是实际上是达不到的,所以就会存在一个过度频带。所以也就存在了通带截止频率和阻带起止频率。什么是通带截止频率和阻带截止频率

    (2)分析通带最大衰减和阻带最小衰减

     

    )计算巴特沃斯数字滤波器的阶数N和3dB截止频率wc。 

     

     

     

    参考文献:

    https://wenku.baidu.com/view/61ce6b2cb8f67c1cfad6b8ef.html

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  • 二阶有源滤波器

    千次阅读 2016-11-08 17:24:26
    滤波一般可分为有源滤波和无源滤波, 有源滤波可以使幅频特性比较陡峭, 而无源滤波设计简单易行, 但幅频特性不如滤波器, 而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶, 阶数越高, 幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由...

    滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置, 在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波, 有源滤波可以使幅频特性比较陡峭, 而无源滤波设计简单易行, 但幅频特性不如滤波器, 而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶, 阶数越高, 幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC 有源滤波器具有输入阻抗高,输出阻抗低, 可提供一定增益, 截止频率可调等特点 。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种, 适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路, 采用E仿真软件Mu ltisim10对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试, 从而实现电路的优化设计。

    1.设计分析

     二阶有源低通滤波器典型结构如下图所示:

    其中, Y1 ~ Y5 为导纳, 考虑到Up = UN , 根据KCL 可得到如下:

    Auf = 1+ RF /R 6。只要适当选择Yi, 就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。设Y1 = 1 /R 1, Y2 = sC1, Y3 = 0, Y4 = 1 /R 2, Y5 =
    sC2, 将其代入式( 1)中, 得到压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为:

    这是二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中, Xn 为特征角频率, Q 称为等效品质因数。

    2.动手设计一款带宽在340HZ的有源滤波器,电容10nf,放大倍数2.

    为设计方便选取R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 则通带截止频率为f 0 = fn =1/2πrc,c=10nf.推出R=47Kohm

    电路如下所示:

    波形如下所示,100hz正弦波:

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  • 滤波器提供了更大带宽下的更高电压增益,解决了电压跟随不理想的问题,且具有更低的无源灵敏度,能广泛应用于无线通讯、射频等高频模拟电路中。使用Hspice软件仿真分析并验证了理论设计的准确性和可行性。
  • 无源滤波器的缺点: 带负载能力差,无放大作用,特性不理想,边沿不陡峭,各级相互影响. 滤波器是一种通过一定频率的信号而阻止或衰减其他频率信号的部件。 分类 按照处理信号形式:模拟滤波器和数字滤波器。 按功能...

    无源滤波器的缺点:

    带负载能力差,无放大作用,特性不理想,边沿不陡峭,各级相互影响.
    滤波器是一种通过一定频率的信号而阻止或衰减其他频率信号的部件。

    分类

    按照处理信号形式:模拟滤波器和数字滤波器。
    按功能分:低通、高通、带通、带阻。
    按电路组成分:LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器
    按照传递函数的微分方程的阶数:一阶、二阶、……高阶。

    几种滤波器的幅频特性曲线

    幅频特性曲线
    上图中(a)低通滤波器、(b)高通滤波器、(c)带通滤波器、(d)带阻滤波器
    理想滤波器的幅频特性:
    理想特性

    几种按照“最大逼近”原则设计的滤波器
    巴特沃斯滤波器
    巴特沃斯滤波器是一种通频带之频率响应曲线平坦无纹波的信号处理滤波器。它也被称作最大平坦滤波器。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    电路图
    电路参数要求
    特性
    切比雪夫滤波器
    切比雪夫滤波器(又译柴比雪夫滤波器,英语:chebyshev filter),也被称为等涟波滤波器(equal ripple filter),是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。在通带波动的为“I型切比雪夫滤波器”,在阻带波动的为“II型切比雪夫滤波器”。切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。
    中间频率衰减最快,但是两边有波动。

    bessel滤波器
    在电子学和信号处理领域,贝塞尔滤波器(Bessel filter)是具有最大平坦的群延迟(线性相位响应)的线性滤波器。贝塞尔滤波器常用在音频天桥系统中。模拟贝赛尔滤波器在几乎整个通频带都具有恒定的群延迟,因而在通频带上保持了被过滤的信号波形。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    椭圆滤波器:
    又称考尔滤波器(Cauer filter),是在通带和阻带等波纹的一种滤波器。椭圆滤波器相比其他类型的滤波器,在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。它在通带和阻带的波动相同,这一点区别于在通带和阻带都平坦的巴特沃斯滤波器,以及通带平坦、阻带等波纹或是阻带平坦、通带等波纹的切比雪夫滤波器。
    几种比较
    椭圆滤波器下降的最快。

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  • 针对PWM逆变器谐波含量多、谐波次数较高的特点,采用二阶LC低通滤波,对输出的电压进行滤波,降低了输出波形的总的谐波含量值,对纹波有较好的抑制效果。分析了LC滤波器的谐振抑制问题,并给出了LC滤波电路的设计,最后在6...
  • 再依据环路相移之和等于品质因数的倒数关系 ,给出了 AOA双二阶电流模式滤波器的品质因数计算式 ,指出了该滤波器特有的“Q增强”现象 ,并通过无源补偿消除了“Q增强”。计算机仿真表明理论分析正确。
  • 用Multisim仿真设计有源、无源二阶、四阶滤波器

    千次阅读 多人点赞 2020-04-20 18:57:28
    电子实训老师让设计滤波器,说参考模电课本,课本也没有多少知识点,最后还是自己到 网上找软件,用软件设计。...用Multisim设计一个截止频率fc=10KHz的二阶无源低通、高通滤波器;允许偏差 ±5%; 设...

    电子实训老师让设计滤波器,说参考模电课本,课本也没有多少知识点,最后还是自己到
    网上找软件,用软件设计。
    二阶的自己还会根据截止频率fc计算R、C,自己设定参数,但四阶的就不会算,所以用filterpro(不能设计无源的)设计有源的滤波器,自己设计无源,再用Multisim仿真。
    题目如下:
    1.
    用Multisim设计一个截止频率fc=10KHz的二阶无源低通、高通滤波器;允许偏差 ±5%;
    设计一个截止频率fc=10KHz的二阶有源低通、高通巴特沃斯滤波器;允许偏差 ±5%;
    2.
    使用Multisim设计一个截止频率fc=10KHz的四阶无源低通、高通滤波器;允许偏差 ±5%;
    设计一个截止频率fc=10KHz的四阶有源低通、高通切比雪夫滤波器;允许偏差 ±5%;

    以下是我用Multisim仿真原理图及幅频特性:

    1.二阶无源低通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    2.四阶无源低通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    3.二阶无源高通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    4.四阶无源高通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    5.二阶有源低通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    6.四阶有源低通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    7.二阶有源高通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    8.四阶有源高通滤波器原理图及其幅频特性
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    原理图及幅频特性仅供参考,在大佬们面前班门弄斧,如有错误,请谅解!

    展开全文
  • 1 引 言  自电流传输器问世以来,电流模式得到广大模拟电路设计者的关注,第二代电流传输器CCⅡ(the ... (2)电路设计较为复杂,所需有源及无源器件较多。基于此,19*,Pal K提出了MOCCⅡ电路,MOCCⅡ电路不仅具有C
  • RC无源、有源滤波器

    2008-12-22 12:50:57
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  • 二阶有源低通滤波器设计

    万次阅读 多人点赞 2016-04-13 18:58:45
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  •  一个模拟集成运算放大器可实现一个二阶滤波器,高阶滤波器可由二阶滤波器串联而成。然而,无源元器件实现滤波器的误差值为1.5%或更高,这需要提高元器件的性能。滤波器的典型的调试方法是不断的更换元器件值。...
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二阶无源滤波器