滤波器设计课件.ppt

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1、使用运放设计滤波器西安交通大学杨建国滤波器简介对输入信号中不同频率分量，实施不同的处理（增益、相移），就叫滤波器。高通、低通、带通、带阻、陷波器等，不同频率增益不同，相移不同。全通滤波器，对不同频率增益相同，但是相移不同。实现滤波的方法滤波硬件滤波软件滤波无源滤波有源滤波器集成开关电容（方便）集成状态可变（方便）运放组成RC滤波器LC滤波器LR滤波器简单易行，但效果有限。以Maxim公司为主，产品丰富，含开关噪声TIUAF42，产品少，价格高，效果好最大灵活性，价格合适，需要自行设计AD转换后，形成数

2、字序列，再使用数字信号处理方法进行滤波，包括FIR，IIR等。举例：一个低通滤波器Vin包含低频和高频分量，在Vout中，低频分量被保留，而高频分量被抑制。VA此处演变成增益随Ω的变化，ωc为截止角频率，与阻容相关，Ω是输入角频率与截止角频率的比值，即相对角频率，也为相对频率。以下重点研究Ω变化对增益的影响。二阶低通标准传函的魅力改变a，b的值，可以改变滤波器形态，产生巴特沃斯型：Q=0.707，切比雪夫型：Q>0.707，本例Q=0.96贝塞尔型：Q<0.707，本例Q=0.58低通高通滤波器对a，

3、b的约束对低通或者高通滤波器：当Ω=1，即输入频率等于截止频率，此时应出现A=0.707因此Q品质因数从传函看Q的物理含义当Ω等于某值，使得上式中分母实部为0，A相移为-90度，此处为特征频率Ωn，此时的A幅度值即为Q。分母实部为1-bΩ2=0，解得Butterwortha=1.414,b=1,Q=0.707增益=0.707，对应的是截止频率Ωc=1相移为-90度，对应的是特征频率Ωn=1幅频特性具有最大的平坦区Bessela=1.36,b=0.618,Q=0.58Ωc=1Ωn=1.26=1/sqrt

4、(b)，Φn=-90An=0.58=Q注意红线为群延时，具有相当宽的平坦区域，即群延时为常数群延时概念Tschebyscheffa=1.30,b=1.55,Q=0.96滤波器的阶数不同阶数滤波器的效果实现高阶滤波的基本方法一阶滤波器和二阶滤波器是组成高阶滤波器的基本单元。设计高、低通滤波器的方法进入TI网站，利用其在线滤波器设计工具，按照要求作出选择，就可以得到电路图和参数。按照本PPT给定的方法，自行设计。两者电路会有区别，但都可以实现。低通滤波器一阶低通二阶低通高阶低通一阶低通滤波器：同相结构一阶

5、低通滤波器：反相结构举例：一阶低通滤波器a=1，fc=1/2piR6C2=1590Hz举例中的幅频特性和相频特性二阶低通滤波器二阶低通滤波器（有下列两类，共3种可供选择）Sallen-Key拓扑-同相MFB(MultiFeedBack)拓扑－反相Sallen-Key结构：单位增益1)有4个独立的阻容器件。2）低频段增益为13）可以实现任意Q值。4）对电容选择没有必要性要求，容易选择。C2C1二阶sallen-key单位增益C1C2举例：二阶低通SK单位增益Multisim12.0仿真电路仿真效果与设计

6、吻合SK型单位增益变形电阻相等，仅选择两个电容。设计相对前述要简单些，但是电容的选择很难，仅在一些特殊Q值时使用。理论上可以实现任意Q值。C2C1关键公式已知Q，可得K，据ωc即可得到ωn据ωn和Q，可得RC2，合适选择即可。据Q，计算并选择C1特例Q=0.707,巴特沃斯型，设计特别简单C22C2等阻容式二阶低通SK阻容选择和计算太麻烦，等阻容式产生。可实现Q=0.5~∞。增益随Q变化，不能兼顾。等阻容式二阶低通SK等阻容式二阶低通SK设计方法已知Q，fc，不管增益，求阻容。举例：等阻容二阶SK低通

7、Multisim12.0仿真电路和波形仿真效果与设计吻合等阻容单位增益二阶低通SKMultisim12.0仿真电路和波形仿真结果吻合MFB二阶滤低通波器与SK区别反相，Q与增益独立MFB二阶低通设计要点举例：二阶MFB低通Multisim12.0仿真电路和波形仿真效果与设计吻合设计之前需要确定什么高阶滤波器设计贝塞尔滤波器系数巴特沃斯滤波器系数0.5dB切比雪夫滤波器系数1dB切比雪夫滤波器系数2dB切比雪夫滤波器系数3dB切比雪夫滤波器系数举例：5阶贝塞尔滤波器方案二实施查表确定各级系数第二级1倍增

8、益第三级1倍增益全部电路和仿真波形波特图吻合举例：5阶巴特沃斯10倍500Hz电路结构如下第一级设计电路图后两级设计与此前方法相同仿真结果与设计吻合高通滤波器阻容交换即可实现高通设计方法仍有区别。一阶高通二阶高通Sallen-Key拓扑-同相MFB(MultiFeedBack)拓扑－反相二阶SK型单位增益高通二阶MFB型高通举例SK高通Multisim12.0仿真电路波特图吻合举例MFB高通Multisim12.0仿真电路仿真结果吻合带通之一AmAf1f