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1、一、实验目的,二、实验原理,三、设计方法,四、实验内容及要求,五、实验报告及思考题,有源滤波器电路的设计,一、实验目的 1进一步理解有源滤波器的工作原理、性能特点; 2学习有源滤波器的设计方法; 3. 掌握滤波器有关参数的测量方法。,滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。,滤波器的用途,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。,低通 滤波器,二、实验原理,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是由晶体管或集成运放等有源器件和电阻、电容构成的。 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）,有源滤波电路的
2、分类,（一）低通滤波器,（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。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。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。,1.主要技术指标,2.一阶有源滤波器,电路特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。,(2)传递函数,当 f = 0时，电容视为开路，通带内的增益为,(1)通带增益,(3)幅频响应,3. 二阶压控型低通滤波器,(2)传递函数,(1)通带增益,Q:品质因数,(3) 二阶压控型低通滤波器幅频响应,结论：当 时，
3、幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec 。,附：二阶反相型低通有源滤波器,频率响应为,其中：,（二）有源高通滤波器,(1)通带增益,(2)传递函数,其中：,结论：当 时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec。,(3)频率响应,附：二阶反相型高通有源滤波器,通带增益,截止频率,（三）有源带通滤波器(BPF),(1)中心的频率,(3)品质因素：,(2)中心频率处的电压放大倍数,(4)通带宽度：,附：二阶反相型带通有源滤波器,(2)中心频率处的电压放大倍数,(1)中心的频率,(3)品质因素：,（四）有源带阻滤波器(BPF),(1)阻带中心的频率,(3)品质因素：,(2)通带的电压放大倍数,
4、简化计算，取值处理： R1 = R2 = R = 2R3， C1 = C2 = C，C3 = 2C,(1)阻带中心的频率,(3)品质因素：,(2)通带的电压放大倍数,附：二阶反相型带阻有源滤波器,简化计算，取值处理：,有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值。具体步骤如下： （1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。 （2）选择具体的电路形式。 （3）根据电路的传递函数归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。 （4）解方程组求出电路中元件的具体数值。,1、设计步骤,三、设计方法,2、设计举例,例1要求设计
5、一个有源低通滤波器，指标为：截止频率 fC=1kHz，通带电压放大倍数：Avo=2，在f = 10fc时，要求幅度衰减大于30dB 。,（1）由衰减估算式：20ndB/十倍频，算出n = 2。 （2）选择下图为低通滤波器的电路形式。,取,运放静态平衡要求,（3）建立起系数的方程组,元件的取值方法有下面几种： 当Av0=1时，先取R1=R2=R，然后再计算C1和C2。 当Av01时，取R1=R2=R，C1=C2=C。 先取C1=C2=C，然后再计算R1和R2。此时C必须满足： 先取C1，接着按比例算出C2=KC1，然后再算出R1和R2的值。 其中K必须满足条件： KAf+ -1,四个式子中共有六
6、个未知数 ，先根据方法 确定电容：,R1=11.25k、R2=22.51k、R3= R4=67.54k,取值靠近部标系列,R1=12k、R2=22k、R3= R4=68k,例2要求设计一个有源高通滤波器，指标要求为： 截止频率 fC=500Hz，通带电压放大倍数为：Avo=1 在f =0.1fC时，要求幅度衰减大于60dB。,（1）由衰减估算式：20ndB/十倍频算出n 3。 （2） 由两级性能相同的二阶高通滤波电路构成，如下图所示：,（3）建立起系数的方程组,两级级联对数幅频特性,当f=fc时,Q =0.84,取：C=0.022F,R1=8.6k R2= 24.3k,取：R1=8.2k R2
7、=22k,运放静态平衡要求,R4=R2=22k,例3要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽：,电路形式：,(一)设计任务 1.要求设计一个有源低通滤波器，指标为： 截止频率fC=4.4kHz， 通带电压放大倍数Avo=1，在f = 10fc时，要求幅度衰减大于60dB 。 2.要求设计一个有源高通滤波器，指标要求为：截止频率 fC=500Hz，通带电压放大倍数Avo=2，在f = 0.1fc时，要求幅度衰减大于30dB 。 3.设计一个带通滤波器,通带中心频率fC= 1kHz；通带中心频率处的电压放大倍数：Avo=10； 带宽： Q=5
8、。 4. 设计一个带阻滤波器, 通带中心频率fC= 1kHz；通带中心频率处的电压放大倍数：Avo=10； 带宽： Q=5。 5设计一个带通滤波器,主要指标：总增益为1；通带频率范围为300Hz3000Hz，通带内允许的最大波动为-1db+1db；阻带边缘频率范围为225Hz和4000Hz、阻带内最小衰减为15db。,四、实验内容与要求,（二）实验内容 对每个设计任务，均需完成： 1. 根据要求，选用合适的滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出满足技术指标要求的滤波器。 2. 用Pspise对设计进行仿真，计算截止频率、中心频率，带宽及品质因数等指标参数，并与理论计算进行比较，如有必要修改电路参数。,1.写出设计报告，包括设计原理、设计电路及选择电路元件参数。 2.列出Pspice仿真结果。求出截止频率、中心频率，带宽及品质因数等指标参数，并与理论设计值进行比较，分析误差原因。,3. 回答问题： （1） 如何设计中心频率可变的带通或带阻滤波器？ （2）讨论运算放大器的闭环增益对有源滤波器特性的影响？,五、实验报告及思考题,