有源一阶滤波电路
如果在一阶RC低通电路的输出端，再加上一个电压跟随器，使之与负载很好隔离开来，就构成一个简单的一阶有源RC低通滤波电路，由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此，其负载能力很强。
如果希望电路不仅有滤波功能，而且能起放大作用，则只要将电路中的电压跟随器改为同相比例放大电路即可。如图所示。
1）传递函数
RC低通电路的传递函数为：
对于电压跟随器，其通带电压增益等于同相比例放大电路的电压增益，即
因此，可导出电路的传递函数为：
由于传递函数中分母为s的一次幂，故上述滤波电路称为一阶低通有源滤波路。（2）幅频响应
对于实际的频率来说，式(1)中的s可用s=j?代入，由此可得
对传递函数运用Matlab仿真，球系统的幅频响应和相频相应。
其程序如下：
b=[5]; %滤波器传递分子多项式系数
a=[32 4]; %滤波器传递分母多项式系数
figure(1),freqs(b,a) %第一种输出方法
[h,w]=freqs(b,a); %计算滤波器的复数频率响应
mag=abs(h);pha=angle(h); %得到滤波器的幅频和相频响应
figure(2),subplot(2,1,1),loglog(w,mag); %运用对数坐标绘制幅频响应grid on;xlabel(‘Angular frequency’);ylabel(‘Magnitude’); subplot(2,1,2),semilogx(w,pha*180/pi) %运用半对数坐标绘制相频响应grid on;xlabel(‘Angular frequency’);
ylabel(‘Phase/degrees’);
图形如下：
以上是两种方法对应的幅频和相频相应图。
学习总结：
MATLAB中有丰富的图形处理能力，提供了绘制各种图形、图像数据的函数。他提供了一组绘制二维和三维曲线的函数，他们还可以对图形进行旋转、缩放等操作。MATLAB内部还包含丰富的数学函数和数据类型，使用方便且功能非常强大。
本学期通过李向荣老师对MATLAB的系统环境，数据的各种运算，矩阵的分析和处理，程序设计，绘图，初步掌握了MATLAB的实用方法。通过理论课的讲解与实验课的操作，使我在短时间内学会使用MATLAB，同时，通过上机实验，对理论知识的复习巩固实践，可以自己根据例题编写设计简单的程序来实现不同的功能，绘制出比较满意的二维三维图形，在实践中找到乐趣，特别感谢李老师的讲解和耐心指导。
MATLAB是一个实用性很强，操作相对容易，比较完善的工具软件，使用起来比较方便，通过操作可以很快看到结果，能够清晰的感觉到成功与失败，虽然课程中也会出现一些小问题，但是很喜欢这门课程。
实验19RC 有源滤波器 一、实验目的 1.深刻理解RC 有源滤波器的工作原理。 2.掌握有源滤波器的测量和调试技术。 二、实验原理 滤波器是一种能使有用频率的信号通过而同时能对无用频率的信号进行抑制或衰减的电子装置。在工程上，滤波器常被用在信号的处理、数据的传送和干扰的抑制等方面。滤波器按照组成的元件，可分为有源滤波器和无源滤波器两大类。凡是只由电阻、电容、电感等无源元件组成的滤波器称为无源滤波器。凡是由放大器等有源元件和无源元件组成的滤波器称为有源滤波器。由运算放大器和电阻、电容（不含电感）组成的滤波器称为RC 有源滤波器。本实验只研究RC 无源滤波器和RC 有源滤波器的特性以及它们之间的关系。 RC 有源滤波器按照它所实现的传递函数的次数分，可分为一阶、二阶和高阶RC 有源滤波器。从电路结构上看，一阶RC 有源滤波器含有一个电阻和一个电容。二阶RC 有源滤波器含有二个电阻和二个电容。一般的高阶RC 有源滤波器可以由一阶和二阶的滤波器通过级联来实现。所以本实验只研究一阶和二阶滤波器。重点研究二阶RC 有源滤波器。 滤波器按照所允许通过的信号的频率范围可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。其中，低通滤波器只允许低于某一频率的信号通过，而不允许高于该频率的信号通过。高通滤波器只允许高于某一频率的信号通过而不允许低于该频率的信号通过。带通滤波器只允许某一频率范围内的信号通过而不允许该频率范围以外的信号通过。带阻滤波器不允许（阻止）某一频率范围（频带）内的信号通过而只允许该频率范围以外的信号通过。本实验重点研究RC 有源低通滤波器和带通滤波器。 1．一阶低通滤波器 图1.19.1（a ）中虚线框内的电路是一个RC 组成的一阶低通滤波器。 它的传递函数为 其中，ω0=1/ＲＣ。 为了提高增益并提高带负载能力，可以将上述滤波电路接到由运算放大器组成的放大电路中， 图1.19.1一阶RC 低通滤波器及其幅频特性 （1.19.1）
有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州
摘要 该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容： 1．确定有源滤波器的上、下限频率； 2．设计符合条件的有源带通滤波器；- 3．测量设计的有源滤波器的幅频特性； 4．制作与调试； 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency
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。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。 例．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： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：
四川大学 电子信息专业实验报告 课程射频通信电路 实验题目射频实验 实验人许留留 2012141451075 实验时间周一晚上 带通滤波器
要求： 通带频率：4.8-5.2GHz 通带内波纹：<3dB 阻带抑制：>30dB （5.3GHz 处） 输入输出阻抗：50Ω 介质基板相对介电常数：2.65 计算过程： f 0=2f f L +H =5GHz Ω=??? ? ??f -f -f f f f f 000L H =1.467 按照设计要求，需要选用3dB 等波纹契比雪夫低通滤波电路。在归一化频率Ω=1.467处，需要具有大于30dB 的衰减。因此，要满足设计要求必须选用5阶 滤波电路。 设计电路图如下
采用优化的方式。 仿真步骤： 用微带线连接电路图，参数TL1=TL2，w=2.69mm，l=10.03mm （用ADS自带软件算出）。
由于CLin1=CLin6，CLin2=CLin5，CLin3=CLin4。设置9个变量L1，L2，L3；W1，W2，W3；S1，S2，S3。单位为mm。在V AR 1，中同样添加，初始值w设为1，l设为10，s设为1（l的长度约为 4 w和s大于0.2mm）。调节范围设置，L（9-11），W（0.2-3），S（0.2-3）。 从4GHz开始，到6GHz结束，步长为10MHz。 波形与带通滤波器较为形似则继续。
用OPTM来优化波形，设置两个GOAL，使频率在4.8-5.2GHz 间波纹大于-3dB，同时在5.3-5.4GHz间衰减小于-30dB。 按下仿真键开始仿真出现以下结果 波形图如下
1 引言 近年来，公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中的谐波污染也日益严重，谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路，通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。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。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源，加上功耗较大且集成运放的带宽有限，因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能，因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比，有以下几点突出的优点： (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数； (2)系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响； (3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化； (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿； (5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开。 由以上可看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。
课程设计(论文)说明书 题目：有源低通滤波器 院（系）：信息与通信学院 专业：通信工程 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 2010年 12 月 19 日
摘要 低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。 关键词：低通滤波器；集成运放UA741；RC网络 Abstract Low-pass filter is a component which can only pass the low frequency signal and attenuation or inhibit the high frequency signal . Ideal frequency response of the filter circuit in the pass band should have a certain amplitude and linear phase shift, and amplitude of the resistance band to be zero. Active filter is composed of the RC network and the amplifier, it actually has a specific frequency response of the amplifier. Higher the order of the filter, the rate of amplitude-frequency characteristic decay faster, but more the number of RC network section, the more complicated calculation of device parameters, circuit debugging more difficult. According to indicators ，second-order active low-pass filter is used in this design . Key words：Low-pass filter；Integrated operational amplifier UA741；RC network,
有源滤波器实验报告文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
实验七集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图7－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图7－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图7－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。
有源RC带通滤波器设计方案 一、需要关注的指标： 功能指标 1.通带带宽(Bandwidth)滤波器通过截止信号的频率界限，一般用绝对频率来表示，也可用中心频率和相对带宽等值来表示。 带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz。 2.通带纹波(Passband Ripple):把通带波动的最高点和最低点的差值作为衡量波动剧烈程度的参数，即是通带波纹。通带波纹导致对于不同频率的信号放大的增益倍数不同，可能输出信号波形失真。 0？巴特沃斯，通带平坦。 3.阻带抑制((Stopband Rejection):即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。通常取通带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。 ？？ 4.通带增益(Passband Gain):有用信号通过的能力。无源滤波器产生衰减，有源滤波器可以产生增益。 ？？ 5.群时延:定义为相位对频率的微分，表征不同频率的信号通过系统时的相位差异。 ？？ 性能指标： 1.运算放大器的增益带宽积，GBW对于滤波器的性能来讲，起到了至关重 要的作用。如果设计得到的GBW较小不满足要求，则滤波器将在高频频 段出现增益尖峰。同时为了降低滤波器的整体功耗，GBW又不能选取的 太大。根据当前业界对滤波器的研究，这里我们设定GBW为滤波器工作 截止频率的50倍。 带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz=====》最高截止频率为 212.5KHz=====》GBW至少10.625MHz。 2.电流功耗，主要是单个运放的功耗。 示例：带宽为2MHz的有源带通滤波器所采用的的运放，1.8V电源电压 下，消耗的电流为310uA，中频电压增益为65dB，增益带宽积GBW为 160MHz，相位裕度为55度，驱动负载为100K欧，2pF。 本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕 度大于80，电流<250uA。 3.共模电平,一般设置为电源电压的一半。 考虑到电源电压浮动，按最小电源电压的一半设计，拟设计为1.5V。 4.输入输出差分电压摆幅，最好是满摆幅。 5.噪声，来自电阻和运放，值得注意的是，构成高阶滤波器的各个Biquad 位置放置不同，噪声也会不同，适当时候也可以引进全通单元放第一级 来抑制噪声(全通还被用来平衡群延时)。 6.线性度，也是滤波器的一个重要的性能性指标，在模拟基带电路中，一 般用THD总谐波失真来衡量，也有看输入1dB压缩点的。 7.稳定性，分两种，一种是涉及到振荡的稳定性，需要仔细设计运放，并
带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L │A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。 二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 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都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器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。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络 目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14) 电气工程学院 实验名称：有源滤波器设计实验课程：电路与电子技术实验2 课程号：101C0330 学期：2018春夏学期 任课教师：沈连丰 课程名称：电路与电子技术实验2 指导老师：沈连丰成绩：__________________ 实验名称：有源滤波器设计实验实验类型：练习型 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握有源滤波器的分析和设计方法。 2．学习有源滤波器的调试、幅频特性的测量方法。 3．了解滤波器的结构和参数对滤波器性能的影响。 4．用EDA仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。 二、实验内容和原理 实验原理： 1.传递函数A v(s) ：反映滤波器增益随频率的变化关系，也称为电路的频率响应、频率特性。 2.通带增益A v p：为一个实数。（针对LPF）、（针对HPF）、（针对BPF）、（针对BEF）。 3.固有频率f0：也称自然频率、特征频率，其值由电路元件的参数决定。 4.通带截止频率f p：滤波器增益下降到其通带增益A v p 的0.707倍时所对应的频率（也称–3dB 频率、半功率点、上限频率（ωH 、f H ）或下限频率（ωL 、f L ）。 5.品质因数Q：反映滤波器频率特性的一项重要指标，不同类型滤波器的定义不同。例如，在低通和高通滤波器中，定义为当时增益的模与通带增益之比。 实验内容： 1.设计一个简单的二阶、有源、低通滤波器(LPF，同相型)，并测量其幅频特性。 2.设计一个简单的有源、低通滤波器(LPF，同相型)，并测量其幅频特性。 3.设计一个二阶、有源、压控型(单一正反馈支路)、低通滤波器(LPF，同相型），并测量其幅频特性。 4.设计一个二阶、有源、多路负反馈型、低通滤波器(LPF，反相型)，并测量其幅频特性。 三、主要仪器设备 1.集成运算放大器LM358 2.电阻电容等元器件 3.MY61数字万用表 4.示波器 5.函数信号发生器 RC 有源带通滤波器的设计 滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。 用LC 网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC 网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC 有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。 一．技术指标 总增益为1； 通带频率范围为300Hz —3000Hz ，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20db ； 二．设计过程 1． 采用低通-高通级联实现带通滤波器； 将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通滤波器，再级联即得带通滤波器。古 低通滤波器的技术指标为： dB A Hz f G dB A Hz f SH PH 204000113000min max ===== 高通滤波器的技术指标为： dB A Hz f G dB A Hz f SL PL 2022511300min max ===== 2． 选用切比雪夫逼近方式计算阶数 (1). 低通滤波器阶数N 1 ) /(] )110/()110([11.01.011max min PH SH A A f f ch ch N ----≥ (2). 高通滤波器阶数N 2 )/(] )110/()110([11.01.012max min SL PL A A f f ch ch N ----≥ 3． 求滤波器的传递函数 1). 根据N 1查表求出归一化低通滤波器传递函数H LP (s ’)，去归一化得 P H f S S LP LP S H S H π2'|)'()(== 2). 根据N 2查表求出归一化高通滤波器传递函数H HP (s ’)，去归一化得 S f S HP HP P L S H S H π2'| )'()(== 带通滤波器工作原理与带通滤波器原理图详解 带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路（RLC circuit）。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 工作原理 一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。 在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。 典型应用 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中 LC椭圆函数带通滤波器设计 要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。 ③运行Filter Solutions程序。点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。 ④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。 ⑤点击“电路”按钮。Filter s。lutions提供了两个电路图。选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。 ⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。带通滤波器的Q 值为： 把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。 ⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。 变换后的滤波器见图1（c）。在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。 ⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104， FSF=2πfe=1.0882×105。最终的滤波器见图1（d）。图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。频率响应见图1（e）。 长沙学院课程设计说明书 题目有源高通滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气工程及其自动化姓名 学号 指导教师 起止日期 模拟电子技术课程设计任务书 系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师： 长沙学院课程设计鉴定表 目录 摘要 (5) 1．电路设计 (6) 1.1．电路元件及参数的选择 (6) 1.2．电路原理图绘制 (6) 2．电路的仿真 (7) 2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪 (7) 2.2．使用Multisim9仿真示波器 (7) 2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真 (7) 2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真 (8) 2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真 (8) 参考文献 (9) 设计总结 (9) 摘要 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成，20世纪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的很高，以及难于对功率信号进行 滤波，这是它的不足之处。]1[在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成 分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能阻挡低频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真 有 源 滤 波 器 姓名：xxx 班级：XXX 学号: xxx 目录 一、基本介绍 二、工作原理 三、有源滤波器的功能作用 四、有源滤波器分类 五、有源低通滤波器的设计 六、总结 一、基本介绍 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。在电子电路中常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。在运算放大器广泛应用以前滤波电路主要采用无源电子元件一电阻、电容、电感连接而成，由于电感体积大而且笨重导致整个滤波器功能模块体积大而且笨重。本文介绍由集成运算放大器、电阻和电容设计有源滤波器，着重讲解低通、高通、带通滤波电路。 二、工作原理 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。 三、有源滤波器的具体功能及作用 1、滤除电流谐波 可以高效的滤除负荷电流中2~25次的各次谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。该产品真正做到自适应跟踪补偿，可以自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿，80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿。 2、改善系统不平衡状况 可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根 范道中学七年级数学导学提纲课题：幂的乘方 出卷人：施培新审核人：陈益锋 2012-2-22 姓名 _____ 课前参与 （一）预习内容：课本P43—44 （二）知识整理： 1.探索： （1）（2）是幂2的_____次方,其意义是_____个2的连乘积， 可写成：（2）=2×2=2= 2=2。 （2）（a）是幂a的_____次方,其意义是____个a的连乘积， 可写成：（a）=（）×（）×（）= a= a= a； 由此得：（a）是幂a的______次方,其意义是______个a的连乘积， 可写成：（a）=（）=a=a。 2.归纳：幂的乘方的法则：__________________________________________； 即写成公式： （a）=a（m、n为正整数）。 3.尝试练习： （1）（10）= （5）（－5）= （2）（10）= （6）（－5）= （3）（b）= (7 [（n－m）] 5 （4）（b）= (8 a·（a）2+ a·（a）3 4.推广：[（a m ）n ]p =____________ (m 、n 、p 为正整数。 5.幂的乘方法则的逆用为___________________________。 （三）思考： 通过预习，你认为本节内容主要研究了什么？你还有什么问题需和大家一起探讨？你有没有新的发现和大家一起分享！ 课中参与 例题1、计算：（1）（55）3 （2）（53）5 （3）(3x 5 （4）(35 x 例题2、计算：（1）[（a －b ）] （2）[（x －y ）] 例题3、计算：（1）－（y 4）3 （2）[（－y ）4]3 （3）（－y 4）3 例题4、计算：（1）（a ）·a （2）（b ）·（b ） （3）a ·（a ）－a ·（a ）2 拓展：1、（1）[（2）] （2）[（－3）] 2、已知3=2，3y =3，求（1）33x ，3 2y 的值。 （2）求3的值. 3、已知：3=a ，3=b ，用含a 、b 的代数式表示3 。 课后参与 课题：幂的乘方 姓名_____ 一、填空： （1）（7）5=_________； （2）[(－22]3=_________； （3） （a ） =________； （4）（－a 5）3=_________； （5）[（a －2）]=________； （6）[（x －y ）]=______； 有源滤波电路——低通和高通滤波器 实验报告 实验名称：有源滤波电路——低通和高通滤波器实验类型：__综合实验___ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。 2. 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。 3. 根据给定的低通和高通滤波器结构和元件，分析其工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。 4. 分别利用低通和高通滤波器搭建带通和带阻滤波器电路，观察和分析其输出波形特点，分析电路的频率特性。 二、 实验原理 1. 低通滤波器电路 图1所示为无限增益多路反馈低通滤波器电路，它是一种非常通用的具有反相增益的滤波器，具有结构简单、特性稳定、输出阻抗低的特点。 电路的传递函数为： 0 2 10 ()p K b H s s b s b =++ 其中： 0 2311b R R C C = ，1 1 2 3 1111()b C R R R =++ ，2 1 p R K R =- 低通滤波器的设计截止频率为6kHz ，增益为2，各元件参数为： C =0.01μF ，C 1=0.0015μF ，R 1=4.28（4.3）kΩ，R 2=8.57（8.2）kΩ，R 3=5.49（5.6）kΩ。 其中电阻值分别表示为设计值和实际元件标称值（括号内）。 2. 高通滤波器电路 装 订 电路的传递函数为： 2 2 10 ()p K s H s s b s b =++ 其中： 0 1211b R R C C = ，1 1 2 1 1 (2)b C C R C C =+，1 p C K C =- 高通滤波器的设计截止频率为10kHz ，增益为2，各元件参数为： C =0.01μF ，C 1=0.005（0.0047）μF ，R 1=1.5kΩ，R 2=9.38（9.1）kΩ。 其中元件值分别表示为设计值和实际元件标称值（括号内）。 3. 带通和带阻滤波器 分别将图1和图2所示低通和高通滤波器级联，可以得到一个带通滤波器，如图3(a)所示；将低通和高通滤波器的输出波形相加，可以得到一个带阻滤波器，如图3(b)所示。 三、无源滤波电路和有源滤波电路 无源滤波电路：若滤波电路仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成。 有源滤波电路：若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成。 1. 无源低通滤波器 如图所示为RC低通滤波器及其幅频特性，当信号频率趋于零时，电容的容抗趋于无穷大，故低频信号顺利通过。 带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。可见，无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，这一缺点不符合信号处理的要求，因而产生有源滤波器。 2.有源滤波电路 为了使负载不影响 滤波特性，可在无源滤波 电路和负载之间加一个 高输入电阻低输出电阻 的隔离电路，最简单的方 法是加一个电压跟随器， 如右图所示，这样就构成 了有源滤波电路。 在理想运放的条件下，由于电压跟随器的输入电阻为无穷大，输出电阻为零，因而仅决定于RC的取值。输出电压=，负载变化，输出不变。 有源滤波必须在合适的直流电源供电的情况下才能起作用，还可以放大，只适合于信号处理，不适合高电压大电流的负载。 RC低通滤波器的响应特性 曲电阻（R）和电容（C）构成的RC电路是电子电路中使用最多的电路。首先，研究简单的RC电路的特性，针对在CMOS数字电路中的应用进行实验。 图1是各使用一个电阻、一个电容的RC电路。这种电路从频率轴来看，可作为1次低通滤波器处理。所谓低通滤波器是指低频率时通过、高频率时截止，能除去噪声等不需要的高频率的滤波器。 图1 RC电路的频率一增益／相位特性 使用比RC常数所决定的频率f，（称截止频率）低的输人频率时，信号的衰减小；相反地，高频时，因电容C的阻抗（IhoC）与电阻R相比变小，故衰减将变大，并与频率成反比。 一般将低通滤波器上增益为－3dB（）处的频率称为截止频率，表示为： 超过截止频率fc的高频域的衰减特性，是以－GdB/oct（频率为2倍时衰减6dB）或－20dB/dec（频率为10倍时衰减20dB，变为1/10）特性的倾率使增益下降。 另外，输入输出间的相位特性也与输人频率f有关。随着频率f的上升，相位延迟角θ变大，在截止频率fc处，变为如下关系： 高频处可接近－90°。 7 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）│e j 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 ω ω?有源带通滤波器设计
7.有源滤波器设计实验
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