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《集成运放在信号处理方面的应用—有源滤波器的设计与调试》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、4.5集成运放在信号处理方面的应用一有源滤波器的设计与调试4.5.1实验目的1.2.3.熟悉二阶有源滤波器的基木原理、电路结构和基本性能;学会二阶有源滤波器的基本设计方法；熟悉二阶有源滤波器的测量。4.5.2设计原理与参考电路由运算放大器和RC元件组成的有源滤波器，具有不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便等优点，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面，但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四种，它们的幅频特性如图4.5.1所示。理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的幅频特性去
2、逼近理想的滤波器，常用的逼近方法是巴特沃斯和切比雪夫滤波电路。一般来说，滤波器的阶数n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，电路调试越闲难。虽然如此，因为任何高阶的滤波器均可以用较低阶的滤波器级联实现。所以这里主要介绍具有巴特沃斯响应的二阶有源滤波器的基本设计方法。滤波器属于线性系统，其四种滤波器的传输函数式(4.5.1)〜(4.5.4)。低通滤波器传输函数为JA(S)=(4.5.1)S2+^S+©2Q高通滤波器传输函数为A(S)=(4.5.2)S?+丝S+切Q带通滤波器传输函数为AS)=c(4.5.3)带阻滤波器传输函数为(4.5.4)/(s)
3、=&(s2+q2)F+鈴S+盗式中，&是通带内的电压增益;©是低、高通滤波器的截止角频率;©是带通、带阻滤波器的屮心角频率;0是品质因数，Q=丑;-・BW30是带通、带阻滤波器的带宽。有源滤波电路的种类很多，如按通带的性能划分，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)、带阻(BEF或BSF)滤波器，下面着重讨论典型的二阶有源滤波器。1.二阶有源LPF(1)基本原理典型二阶有源低通滤波器如图4.5.2所示，为抑制尖峰脉冲，在负反馈回路可增加电容C3,C3的容量一般为22Pf〜51pF。该滤波器每节RC电路衰减一6dB/倍频程，每级滤波器-12dB/倍频程。其传递函数的关
4、系式为：As)=式中Juf>、0分别表示如下:通带增益&固有角频率s一厂1(4.5.nEg品质因数时+/?2)+(1一血)也J&&GG(1)设计方法下面介绍设计二阶有源LPF时选用7?、C的两种方法。方法一：设血=1,RUR2,则Ra",以及(4.5.6)12Q叫R=402(n为阶数)方法二：R=R2=R，C)=C2=C,则fn=12兀RC(457)由式4.5.7得知人、0可分别由人、C值和运放增益九的变化来单独调整，相互影响不大，因此该设计法对要求特性保持一定人而在较宽范围内变化的情况比较适用，但必须使用精度和稳定性均较高的元件。在图4.5.2中，0值按照近似特性可有如下分类
5、：0=矿0.71为巴特沃思特性0二咅=0.58为贝塞尔特性0=0.96为切比雪夫特性(1)设计实例要求设计如图4.5.3所示的具有巴特沃思特性(0=0.71)的二阶有源LPF,已知，仁=IkHzo按方法一和方法二两种设计方法分别进行计算，可得如下两种结果。若按方法一：取4if=l，—0.71,选取Ri=R2=R=l60k9由式(4.5.6)可得：C-2C,=^-=1400pFQRC2=牛=700pF(取标称值680pF)若按方法二：取7?i=7?2=^=16OKQ,0=0.71,由式(4.5.7)可得：C1=C2==0.001(iF2.二阶有源HPF(1)基本原理HPF与LPF
6、儿乎具有完全的对偶性，把图4.5.3屮的&、心和C】、C?位置互换就构成如图4.5.4所示的二阶有源HPF。二者的参数表达式与特性也有对偶性，二阶HPF的传递函数为：式中(4.5.8)7?2(C]+02)+(1-&1)7?2。2(2)设计方法HPF中7?、C参数的设计方法也与LPF相似，有如下两种。方法一：设力减=1,取Q=C2=C,根据所要求的0£(©)，可得R22。©C(4.5.Rn=—=4Q/?2方法二设C=C2=C,R{=R2=R,根据所要求得0CD,可得4if=3-(4.5.10)图4.5.3二阶有源HPF有关这两种方法的应用特点与LPF情况完全相同。(1)设计实例设
7、计如图4.5.3所示的具有巴特沃斯特性的二阶有源HPF(0=0.71),已知人=lkHz,计算/?、C的参数。若按方法一：设血尸1,选取C!=C2=C=1000pf,求得&=112KQ,7?2=216KQ,各选用110KH与220KQ标称值即可。若按方法二：选取R}=R2=R=160k,求得血=1.58,C]=C2=C=1000pF。2.二阶有源带通滤波器(1)基本原理带通滤波器(BPF)能通过规定范圉的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW,滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率
