有源滤波器设计范例
有源RC带通滤波器设计方案
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。
2.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。
3.电流功耗，主要是单个运放的功耗。
4.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。
5.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。
6.共模电平,一般设置为电源电压的一半。
有源滤波器设计范例
一、低通滤波器的设计低通滤波器的设计是已知o w （dB 3-截止频率）、LP H 0（直流增益）、Q （在dB 3-截止频率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源低通滤波器和无限增益多路反馈低通滤波器。
下面分别介绍： （一）二阶压控电压源低通滤波器图1二阶压控电压源低通滤波器原理图()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++-==+==112212212211221101111C R C R C R C R C R C R K Q C R C R w R R K H o A BLP 由上式可知，可通过先调整1R 来先调整o w ，然后通过调整K 来调整Q 值。
对于巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔三种类型二阶LPF 的Q 值分别为0.707、1、0.56。
1、等值元件KRC 电路设计令R R R ==21和C C C ==21，简化上述各式，则⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-==+==K Q RC w R R K H o AB LP31110 得出的设计方程为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-==A B o R K R Q K w RC )1(131 由上式可知，LP H 0值依赖于Q 值大小。
为了将增益从现在的old A 降到另一个不同的值new A ，应用戴维南定理，用分压器A R 1和B R 1取代1R ，同时确保o w 不受替换的影响，需符合下式：⎪⎩⎪⎨⎧=+=111111R R R R R R A A B A B A B oldnew 电路连接如图2所示。
图2二阶压控电压源低通滤波器等值法原理图2、参考运算放大器应用技术手册 （1）选取C1 （2）1010211C f C w R π==（3）电容扩展系数)1(4102-+=LP H Q m （4）12mC C = （5）QR R 21= （6）QmRR 22=（7）选取A R ，则A LP B R H R ）（10-=00的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在±10%以内。
有源滤波器设计范例综述
一、低通滤波器的设计低通滤波器的设计是已知o w （dB 3-截止频率）、LP H 0（直流增益）、Q （在dB 3-截止频率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源低通滤波器和无限增益多路反馈低通滤波器。
下面分别介绍： （一）二阶压控电压源低通滤波器图1二阶压控电压源低通滤波器原理图()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++-==+==112212212211221101111C R C R C R C R C R C R K Q C R C R w R R K H o A BLP 由上式可知，可通过先调整1R 来先调整o w ，然后通过调整K 来调整Q 值。
对于巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔三种类型二阶LPF 的Q 值分别为0.707、1、0.56。
1、等值元件KRC 电路设计令R R R ==21和C C C ==21，简化上述各式，则⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-==+==K Q RC w R R K H oAB LP31110 得出的设计方程为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-==A B o R K R Q K w RC )1(131 由上式可知，LP H 0值依赖于Q 值大小。
为了将增益从现在的old A 降到另一个不同的值new A ，应用戴维南定理，用分压器A R 1和B R 1取代1R ，同时确保o w 不受替换的影响，需符合下式：⎪⎩⎪⎨⎧=+=111111R R R R R R A A B A B A B oldnew 电路连接如图2所示。
图2二阶压控电压源低通滤波器等值法原理图2、参考运算放大器应用技术手册 （1）选取C1 （2）1010211C f C w R π==（3）电容扩展系数)1(4102-+=LP H Qm （4）12mC C = （5）QR R 21= （6）QmRR 22=（7）选取A R ，则A LP B R H R ）（10-=00的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在±10%以内。
(完整版)有源滤波器的设计
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PW 啲调制信号，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，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率除谐波在确保滤功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
3、抑制电网谐振不会与电网发生谐振，而且在其容量许可范围内还可以有效抑制电网自身的谐振。
这是无源滤波装置无法做到的。
4、多种保护功能具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
有源滤波器设计
有源滤波器设计相频响应（7）当 RC10==ωω 或者 时， f φ=0此时经RC 选频网络传输到运放同相端的电压∙∙=0V V f 同相， 这是自激振荡条件之一，这时的幅频响应的幅值为最大 31max =V F （8） 以上说明，只有在0ω这个频率，反馈系数才为一实数，且为最大值。
也就是说，只有在0ω这个频率才能产生振荡，这就是正反馈网络的选频作用.振荡频率的大小由它的元件数值决定0f 由RC 决定。
在满足相位条件的基础上．产生振荡的第二个条件是振幅条件，即必须满足：1≥V V F A A 或者V V F A 1≥电压增益11R R A f V +=大于V F 1是振荡的起振条件，V V F A 1=等于1／Fv 是振荡的稳定条件。
因此起振时电压增益V A >3，即f R >21R ；振荡稳定时，电压增益Av=3，即f R =21R 。
所谓建立振荡，就是要使电路自激，从而产生振荡 RC 振荡电路是利用RC 网络的选频作用，在选频网络的中心频率点上满足正反馈条件，从而产生正弦波振荡。
稳幅措施： 012πf RC=图3 带稳幅措施的RC 文氏桥振荡电路原理图实际上，由于起振和稳定对电压增益要求不同，上述的电路很难获得一个不失真的正弦波，即不是因为电压增益过高造成波形失真(出现方波)，就是由于电压增益低出现停振现象。
为了使文氏桥振荡电路得到一个理想的波形，我们必须引入稳幅措施。
如图3，起振前输出电压Vo 幅值很小时，二极管1D ，2D 接近于开路，1D ，2D 和3R 组成的并联支路的等效电阻'3R 近似为3R ，V A =RR R -++5113>3（R 为变位器的触点P 与3R 之间的阻值）很容易起振；反之，起振后输出电压0V ,幅值较大时，2,1D D ,和导通，由2,1D D 和3R 组成的并联支路的等效电阻'3R 减小，V A 随之下降，V A =3'1132≈++R R R 幅值趋于稳定.图4 带稳幅措施的Multisim仿真电路图带稳幅措施的电路得到的标准正弦波仿真结果图：图5 带稳幅措施的电路仿真图从示波器中可以读出波形时间间隔为666.844us，即频率约为1500Hz.带稳幅措施的电路得到的正弦波实际结果图：图6 带稳幅措施的电路实际波形每一大格为0.2ms,从示波器中可以读出波形周期大约为0.66ms，即频率为1515Hz.带稳幅措施的电路得到的失真正弦波仿真结果图：图7 带稳幅措施的电路失真仿真图带稳幅措施的电路得到的失真正弦波实际结果图：图8 带稳幅措施的电路失真实际波形1.1.2.2运算放大器的作用图9 同相放大器电路图如图9为电路中运用了同相输入运放，其闭环增益 V A =)1(145x R x R -+++ ，增益V A 的变化范围 :（1.9～2.1），其中x 和（x -1）分别为电位器的右半部和左半部的阻值，所以电位器的作用是调节输出信号的增益大小的。
有源滤波器设计范例
有源滤波器设计范例有源滤波器是一种仪器或电路，通过放大合适频率的信号，削弱不需要的频率的信号。
它由被放大的信号源、滤波器和放大器组成。
有源滤波器常用于音频、通信和信号处理等领域。
下面我们将介绍一个有源滤波器的设计范例。
设计目标：设计一个低通滤波器，截止频率为1kHz，增益为20dB。
输入信号幅度为1V，输出信号幅度应保持一致。
设计步骤：1.确定滤波器的类型和截止频率，由于我们需要一个低通滤波器，因此需要选择适合的操作放大器模型。
选择一个高增益的运放模型，比如OPA7412.确定滤波器的放大倍数，根据增益的要求，我们选择放大20dB，即放大倍数为10。
3.计算滤波器的截止频率，根据设计目标，截止频率为1kHz。
根据低通滤波器的特性，我们可以选择使用一个RC电路来实现，其中R为电阻，C为电容。
4. 计算滤波器的电阻和电容值，根据截止频率的公式，截止频率fc=1/(2πRC)。
根据给定的截止频率和选择的电阻值，计算出需要的电容值。
5.确定滤波器电阻和电容的实际可选择值，根据常用的电阻和电容系列，选择最接近计算得出的值的标准值。
6.绘制滤波器电路图，将运放、电阻和电容按照设计要求连接起来。
根据电路图，选择合适的电阻和电容标准值。
7.测试和调整滤波器，将设计好的电路安装到实际的电路板上。
连接一个信号发生器作为输入信号源，通过示波器测量输出信号的幅度。
8.监测滤波器输出信号的幅度，根据设计目标，输出信号应与输入信号保持一致，即保持1V的幅度。
9.调整滤波器的增益，通过调节电阻或电容的值，使输出信号的幅度达到1V。
10.测试滤波器截止频率的准确性，使用频谱仪监测滤波器输出信号的频率特性。
确保滤波器截止频率符合设计要求。
11.优化滤波器设计，根据测试结果和实际需求，对滤波器电路进行调整和优化，以获得更好的性能。
总结：。
(完整版)有源滤波器的设计
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，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率。
在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
3、抑制电网谐振不会与电网发生谐振，而且在其容量许可范围内还可以有效抑制电网自身的谐振。
这是无源滤波装置无法做到的。
4、多种保护功能具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
设计有源滤波器(刘2)
设计有源滤波器一、引言在光电系统中，光电探测器输出的信号通常比较弱的，目前百微伏数量级的信号已不算最弱。
但是在信号放大和处理过程中，内部噪声和外部干扰仍须设法抑制。
在放大电路中限制通频率带是抑制干扰和噪声的一种方法。
因为信号总带有规律性，其功率只限在很窄的频率范围内。
而白噪声是系统中的固有噪声，其频谱范围很宽(零频至1012Hz)，如果信号放大过程中用滤波器仅滤出信号频谱能量，抑制其他频率的通过，那末，就能明显地抑制噪声，提高系统输出信噪比。
假如滤波前噪声带宽为Δf i ，滤波器通频带宽Δf 0,那末，通过滤波后，信噪功率比就能提高Δf i /Δf 0倍。
所以滤波是提高信噪比方便而有效的一种方法。
二、基本原理滤波器是一种频率选择电路，它可使输入信号中某些频率成分通过而使另外一些频率成分衰减。
滤波器一般有低通（通过低频抑制高频），高通（通过高频抑制低频），带通（通过某一频率范围抑制这一范围以外的高频和低频信号）和带阻（抑制某一频率范围，通过这一范围以外的高频和低频信号）四种，前三种使用更为广泛。
实际滤波器可分为无源滤波器和有源滤波器。
无源滤波器可由电阻，电容和电感组成。
但是在0.5MHz 以下频率范围，电感体积太大，不能集成化。
所以，使用电阻，电容和运算放大器结合形成的有源滤波器性能好，使用广泛。
图1所示为最简单的一种二阶有源滤波器，其他种类的有源滤波器可见本实验参考材料。
滤波器的输入，输出电压特性由传递函数H(s)表示H (jω)＝)()(s Vi s Vo (1) Vo(s) 为输出电压，Vi(s) 为输入电压，s ＝jω，ω＝2πf ，j ＝1-。
H (jω)＝|H (jω)| )(ωφj e (2)H(jω)是幅频特性；|H(ω)|是幅度值；φ(ω)是相位角。
滤波器通过的频率范围称为通频带，抑制频率范围称阻带。
在通频带内输出比较大。
理想滤波器的通频带如图1 (g)(h)(i) 中虚线所示。
完整的有源滤波器设计
完整的有源滤波器设计
确保可以满足要求
一、MFB滤波器介绍
多振荡器滤波器（MFB）是一种通常用于实现广义的滤波器功能的电路。
该电路具有许多好处，包括实现高频率，低能耗，可靠的滤波器效果，以及实现多种类型滤波器。
本设计将重点讨论MFB滤波器的原理，结构，
以及如何使用它来实现有源滤波器的设计。
二、MFB滤波器原理
MFB滤波器的工作原理是基于使用多个振荡器来实现广义滤波器功能。
多个振荡器被结合在一起，形成一种“多振荡器”结构。
这里的每个振荡
器都可以产生自己的特定频率，而结合在一起时，各振荡器之间会互相共振，使其增强输出信号的不同频率部分。
MFB滤波器的工作原理基本上可以概括如下：该滤波器由多个振荡器
组成，各振荡器之间共振，产生其中一频率的出口信号，可以通过调整电
路的各项参数，有效地实现滤波器功能。
三、MFB滤波器结构。
01设计举例有源滤波器设计与制作
01设计举例有源滤波器设计与制作有源滤波器是一种利用放大器等有源元件来增强滤波效果的电子滤波器。
它具有增益调节范围广、频率带宽宽、频率可调、阻抗适应能力强等特点，被广泛应用于通信、音频处理、仪器测量等领域。
下面以高通滤波器和低通滤波器为例，介绍有源滤波器的设计与制作过程。
高通滤波器是将输入信号中低频部分滤除，只保留高频信号的电路。
其电路示意图如下所示：```R1+--------，-------+Vi ------C1----， Op-ampR2 Vout```其中，Vi是输入信号，Vout是输出信号。
R1和C1构成了输入端的RC高通滤波器，R2构成了反馈网络。
Op-amp为运算放大器，放大滤波器输出信号。
高通滤波器的设计步骤如下：1. 确定截止频率。
根据具体需求，确定截止频率fc。
2. 选择电阻和电容。
根据截止频率fc，选择合适的电阻和电容值，以满足滤波器的性能要求。
3.计算反馈电阻。
根据欧姆定律和运放的特性，计算反馈电阻R2的值。
4.确定运放。
根据输出要求和滤波器性能要求，选择合适的运算放大器。
5. 进行电路仿真。
使用电路仿真工具，如Multisim等，对滤波器进行参数调整和性能评估。
6.制作电路板。
根据设计结果，设计并制作滤波器的电路板。
7.电路调试与优化。
将电路板焊接完成后，对滤波器进行调试和优化，以满足设计要求。
8.测试性能。
使用信号发生器等测试仪器，对滤波器的性能进行测试和验证。
9.优化和调整。
根据实际测试结果，对滤波器进行优化和调整，以达到最佳性能。
低通滤波器是将输入信号中高频部分滤除，只保留低频信号的电路。
其电路示意图如下所示：```R1+------------，------------+Vi ----， Op-amp+------C1------Vout```低通滤波器的设计步骤与高通滤波器类似，只是在选择电阻和电容值、计算反馈电阻和选择运放时需要根据低通滤波器的截止频率和性能要求进行调整。
01设计举例有源滤波器设计与制作
01设计举例有源滤波器设计与制作有源滤波器是一种使用有源元件（如晶体管或运算放大器等）的滤波器，它可以增加信号的幅度，改变频率响应，并且具有较低的输出阻抗。
本文将详细介绍一个有源滤波器的设计与制作过程。
首先，我们选择一个二阶巴特沃斯低通滤波器作为设计示例。
第一步是选择适当的滤波器类型。
巴特沃斯滤波器是一种常见的滤波器类型，它具有平坦的通频带响应和陡峭的阻频带响应。
在本例中，我们选择一个截止频率为1kHz的巴特沃斯低通滤波器。
第二步是确定滤波器的阶数。
阶数越高，滤波器的斜率会越陡。
在本例中，我们选择一个二阶滤波器，因为它可以提供足够的滤波效果，并且较为容易实现。
接下来，我们需要进行滤波器的电路设计。
有源滤波器的电路通常由一个有源元件（如晶体管或运算放大器）和被动元件（如电阻、电容和电感）组成。
在本例中，我们选择使用一个运算放大器作为有源元件，并结合电容和电阻来构建滤波器。
通过选择合适的电阻和电容数值，我们可以实现所需的截止频率和增益。
在电路设计中，我们需要考虑各个元件的频率特性以及它们之间的相互影响。
通过使用标准的电路设计工具，如SPICE仿真软件，我们可以模拟电路的频率响应并进行优化。
在滤波器电路设计完成后，我们需要进行电路的布局和连接。
在布局设计中，我们应注意减少元件之间的干扰和交叉耦合。
在连接电路时，我们应选择适当的导线和连接器，并确保电路的正确连接。
完成电路的布局和连接后，我们需要对电路进行测试和调试。
通过使用信号发生器和示波器，我们可以检查滤波器的频率响应和增益，并进行必要的调整。
一旦滤波器的设计和调试都完成了，我们可以进行电路的制作。
我们可以选择将电路制作在芯片上或者使用电路板来制作。
在制作电路板时，我们需要进行电路板的布线和钻孔。
通过使用专业的电路板制作设备，我们可以实现高质量的电路板制作。
完成电路板的制作后，我们可以焊接和安装所有的电子元件。
在焊接过程中，我们应注意避免过热和短路。
完整的有源滤波器设计
完整的有源滤波器设计
有源滤波器是一种常见的电子电路，用于去除信号中的杂散成分或者改变信号的频率响应。
在设计有源滤波器时，需要考虑的因素包括滤波器类型、电路拓扑、滤波器参数的选择以及频率响应的分析等。
在本文档中，我们将详细介绍如何设计一个完整的有源滤波器。
文档内容分为以下几个部分：
1.引言
1.1有源滤波器的概述
1.2设计目标和要求
2.滤波器的类型和选择
2.1常见的滤波器类型
2.2选择适合的滤波器类型
3.滤波器电路拓扑
3.1有源滤波器的基本电路结构
3.2不同拓扑的特点和适用范围
4.滤波器参数的选择
4.1器件参数的选择
4.2确定放大器增益
4.3确定滤波器的截止频率
5.频率响应的分析
5.1简化的频率响应分析方法
5.2使用计算工具进行频率响应分析
6.有源滤波器的设计实例
6.1设计案例一：低通有源滤波器
6.2设计案例二：带通有源滤波器
7.实际电路的实现
7.1PCB设计
7.2元器件的选择和布局
7.3电路连接和调试
8.总结与展望
8.1设计结果总结
8.2可能的优化思路
8.3对未来的展望
以上是关于完整的有源滤波器设计的大致内容和结构。
根据实际需要，文档中的各个部分可以进行补充和调整，以确保设计的完整性和准确性。
最后，本文档将提供设计有源滤波器的详细步骤、计算公式和实例，帮助
读者深入了解和掌握有源滤波器的设计方法和技巧。
有源滤波器的设计毕业设计论文
学号：08033160120毕业论文有源电力滤波器设计Active power filter design学院:电信学院专业:电气自动化技术班级:电气专081学生: 李昂指导教师（职称）: 罗如山老师完成时间2011 年05 月 5 日至2011 年月日目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章谐波产生的机理及其治理 (3)1.1谐波产生的机理 (3)1.2谐波的治理 (4)第二章有源电力滤波器的谐波检测及控制策略 (5)2.1 有源电力滤波器的谐波检测 (5)2.1.1 瞬时无功功率理论 (5)2.1.2 三相电路谐波和无功的检测 (7)2.2 有源电力滤波器的控制策略 (10)2.2.1 有源电力滤波器补偿电流的控制 (10)2.2.2 主电路直流侧电压的控制 (12)第三章并联型有源电力滤波器的硬件设计 (13)3.1 系统结构 (13)3.2 主电路设计 (14)3.2.1 主电路参数设计 (14)3.2.2 开关器件的选取 (15)3.3 控制电路设计 (16)3.3.1 控制电路结构 (16)3.3.2 DSP芯片简介 (17)3.4 检测与调理电路设计 (19)3.4.1 电流信号检测调理电路 (19)3.4.2 电压信号检测调理电路 (20)3.4.3 采样触发信号提取电路 (20)第四章并联型有源电力滤波器的系统仿真 (22)4.1 并联型有源电力滤波器检测系统仿真 (22)（1）仿真模型的建立 (22)（2）仿真结果 (22)（3）结果分析 (23)4.2 并联型有源电力滤波器控制系统仿真 (24)（1）仿真模型的建立与参数选取 (24)（3）系统谐波分析 (25)结束语 (26)参考文献 (27)摘要摘 要随着电力电子技术的发展，非线性负载的使用越来越普遍，产生的谐波对电网的危害日益严重，若不加以控制，将会严重影响整个电网的安全运行，所以对电网谐波进行补偿越来越重要。
有源电力滤波器是一种新型的谐波及无功电流动态补偿装置，与传统的无源LC 电力滤波器相比，具有响应速度快、补偿效果好、动态补偿等优点。
有源滤波器设计范例V3.0双电源电路设计
模拟电路设计实战宝典（侯长波）
【范例 2】设计一低通滤波电路，要求其截止频率 f0 为 10kHz， Q 0.707 ，直流增益
H 0LP =10， f f0 处的衰减速率不低于 40dB/10 频程，截止频率和增益等的误差要求在±
10%以内。
1．首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。 （1）由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频≥40dB/十倍频程，算出 n = 2。
H
0
LP
wo
K -
1
R2C
R2 R1
图 0 一阶有源低通滤波器原理图
【范例 0】 设计一有源低通滤波电路，要求其截止频率 f0 为 10kHz，H 0LP =10， f f0 处
的衰减速率不低于 20dB/10 频程，截止频率和增益等的误差要求在±10%以内。 设计步骤：
1．首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。 （1）由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频≥40dB/十倍频程，算出 n = 1。
模拟电路设计实战宝典（侯长波）
1、等值元件 KRC 电路设计 令 R1 R2 R 和 C1 C2 C ，简化上述各式，则
H 0LP
K
1
RB RA
1
wo
RC
1 Q
3 K
得出的设计方程为
1
RC wo
1
ห้องสมุดไป่ตู้
K 3
Q
RB (K 1)RA
由上式可知，H 0LP 值依赖于 Q 值大小。为了将增益从现在的 Aold 降到另一个不同的值 Anew ， 应用戴维南定理，用分压器 R1A 和 R1B 取代 R1 ，同时确保 wo 不受替换的影响，需符合 下式：
有源滤波器的设计
176有源滤波器的设计一．设计方法有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：ncuo u A j A 21)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω ， n=1，2，3，. . . （1）写成：ncuou A j A 211)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω （2） )(ωj A u其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。
从（2）式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uoω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了 n=2 3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器 n=8 的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 越接近于理想特性。
如图1所示。
0 ωC ω 当 ω>>ωC 时，nc uo u A j A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛≈ωωω1)( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线 两边取对数，得： lg20cuo u n A j A ωωωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。
表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。
表1 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s3 )1()1(2+⋅++L L L s s s4)184776.1()176537.0(22++⋅++L L L L s s s s1775 )1()161803.1()161807.0(22+⋅++⋅++L L L L L s s s s s6 )193185.1()12()151764.0(222++⋅++⋅++L L L L L L s s s s s s7)1()180194.1()124698.1()144504.0(222+⋅++⋅++⋅++L L L L L L L s s s s s s s8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++⋅++⋅++⋅++L L L L L L L L s s s s s s s s在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = csω，ωC 是低通滤波器的截止频率。
有源带阻滤波器设计报告
有源带阻滤波器设计报告设计报告：有源带阻滤波器一、设计目标设计一个有源带阻滤波器，实现对指定频率范围内的信号进行滤波。
设计参数如下：-频率范围：1kHz-10kHz-通带增益：0dB-阻带带宽：2kHz-阻带衰减：至少40dB二、设计思路三、电路结构设计```+-------------+---->， Amplifier，-----+--------+In1--->，，+-------------+↓↑+-------+Filter2，----，-- Outpu+-------+↑↓+-------+Filter1，----+-+-------+↓Ground```四、放大器设计1.首先选择适合的操作放大器并确定其工作参数。
在这个设计中，选择运放作为放大器，其直流增益设为100dB以上，输入和输出电阻较小，带宽大于10kHz。
2.根据有源带阻滤波器的放大器前级特性，选择一个合适的放大倍数。
根据设计目标，通带增益为0dB，因此选择放大倍数为13.根据放大器的输入电阻和输出电阻，选择合适的电位器作为放大器的反馈电阻，以达到阻带衰减的要求。
假设放大器输入电阻为100kΩ，输出电阻为1kΩ，选择一个100Ω的电位器。
五、滤波器设计1.运用普通的带阻滤波器设计方法，选择合适的滤波器类型和参数。
2. 根据设计目标，选择一个二阶Butterworth低通滤波器作为Filter1，频率范围为1kHz - 10kHz，阻带衰减为40dB。
3. 选择一个二阶Butterworth高通滤波器作为Filter2，频率范围为1kHz - 10kHz，阻带衰减为40dB。
六、电路参数计算1. 根据Butterworth无源滤波器设计公式，计算滤波器元件参数。
2.根据放大器电路设计，计算所需的电位器电阻值。
七、电路实现与测试1.根据计算结果，选择合适的电阻、电容和电感，并搭建电路原型。
2.使用信号源输入待滤波的信号，并连接示波器测量输出信号的波形，验证滤波器的性能。
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、低通滤波器的设计低通滤波器的设计是已知 w o （-3dB 截止频率）、H OLP （直流增益）、Q （在-3dB 截止频 率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比）三个参数来设计电路，可选的电路形式为 压控电压源低通滤波器和无限增益多路反馈低通滤波器。
下面分别介绍： （一）二阶压控电压源低通滤波器图1二阶压控电压源低通滤波器原理图 由上式可知，可通过先调整 R i 来先调整w o ，然后通过调整K 来调整Q 值。
对于巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔三种类型二阶 LPF 的Q 值分别为、1、。
1、 等值元件KRC 电路设计令艮 R 2 R 和C , C 2 C ,简化上述各式，则 得出的设计方程为由上式可知，H 0LP 值依赖于Q 值大小。
为了将增益从现在的A old 降到另一个不同的值A new ， 应用戴维南定理，用分压器 R 1A 和R B 取代R i ，同时确保w o 不受替换的影响，需符合下式： 电路连接如图2所示。
图2二阶压控电压源低通滤波器等值法原理图 2、 参考运算放大器应用技术手册 （1） 选取C111（2） R 1丄-W Q C ]2 f o C 13 4 5 63 电容扩展系数m 亠（H OLP 1）4Q4C 2 mC 1 5 R 2QR 6R 2 —2Qm（7）选取R A ，则R B(H°LP1)R A【范例1】设计一低通滤波电路，要求其截止频率f0为10kHz, Q 0.707 , f f0 处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在土10%以内。
设计步骤：1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。
(1)由衰减速率要求20 ndB/十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n=2。
(2)根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1)根据滤波器的特征频率f。
选取电容C和电阻R的值。
电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k Q数量级。
表1给出截止频率f。
与电容值的选择参考对照表。
表1截止频率与所选电容的参考对照表设电容C的取值为1nF，取标称值，R 16k(2)根据K确定电阻R A和R B的值换算成对数为20lg 1.5858 4.005dB取R A 1k ，则R B 585.8 ，取标称值590Q(3)如果修改增益为1,则计算可得3 •如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。
【范例2】设计一低通滤波电路，要求其截止频率 f 0为10kHz , Q 0.707，直3 •如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提 出限制。
流增益H OLP =1O , ff o 处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在土 10%以内。
1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。
(1) 由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n =2。
(2) 根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1) 根据滤波器的特征频率f o 选取电容C 和电阻R 的值。
电容C 的大小一般不超过1uF ，电阻R 取值为k Q 数量级。
表1给出截止频 率f o 与电容值的选择参考对照表。
表2截止频率与所选电容的参考对照表C 1(6)选取 R A =1k Q ，则 R B ( H OLP D R A 9k(5) R 2R15.9152Qm 2 0.707 9.51.1848k(2)电容扩展系数m1 4Q 2(H OLP 1)1 4 0.7072(10-1) 9.5（二）二阶无限增益多路反馈低通滤波器图3二阶无限增益多路反馈低通滤波器原理图由上式可知，可通过先调整 R a 来先调整W o ，然后通过调整R 来调整Q 值 参考运算放大器应用技术手册 （1）选取C212 f o C 2 5(6) R 2R2Q(H OLP 1)5C i 4 Q 2 (H 0LP 1)C 2(2) R (5) R R 2QH o LP(7) R a R2Q【范例3】设计一低通滤波电路，要求其截止频率 f 0为10kHz , Q 0.707，通3 •如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。
f o 处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在土 10%以内。
1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。
(1) 由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n =2 (2) 根据题目要求，选择无限增益多路反馈低通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1)根据滤波器的特征频率f 。
选取电容C 和电阻R 的值。
电容C 的大小一般不超过1uF ，电阻R 取值为k Q 数量级。
表1给出截止频 率f 。
与电容值的选择参考对照表。
带增益H=10,(2) C 1 (3) R 12QH 0LP(4) R 2(5) R 32 f °C2310 10 0LP1 )C214 — 112 15.915-1.126k15.9152Q(H °LP 1)15.9152Q 2 0.7072 0.707 (101)11.256k甘15915kQ1.023k1 1 4 Q 2(H1nF 22nF2 0.707 10带通滤波器的设计是已知W o （中心频率）、H OBP （谐振增益）、Q （ Q —BPBP 为带通滤波器带宽）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源带 通滤波器和无限增益多路反馈带通滤波器。
下面分别介绍：（一）二阶压控电压源带通滤波器 图4二阶压控电压源带通滤波器原理图 式中，K 1RBR A由上式可知，可通过先调整 R i 来先调整W o ，然后通过调整K 来调整Q 值。
1、 等值元件KRC 电路设计如果Q .2 3，令R i R 2 R 3 R 和C i C 2 C ,简化上述各式，则 得出的设计方程为由上式可知，K 值依赖于Q 值大小。
为了将增益从现在的A o.降到另一个不同的值A new ，应用戴维南定理，用分压器R iA 和R IB 取代R i ，同时确保W o 不受替换的影响，需符合下式：电路连接如图5所示。
图5二阶压控电压源带通滤波器等值法原理图2、 自己推导的设计方法 假设 R 1/R 2 r 2， R 1/R 32，C i C 2 C ，贝U求解上述方程可得 设计步骤为： (1) 选取 C(2) R 21 1W o C 2 f o C(3) R 1 r 2R 2(4) R 3R L22 2R 2(5) 选取 R A ，则 R B ( K 1)R A【范例4】设计一带通滤波电路，要求其中心频率f o 为10kHz,-3dB 带宽为2kHz ,、带通滤波器的设计谐振增益为H OBP 1，f f o处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在土10%以内。
设计步骤：1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。
(1)由衰减速率要求20 ndB/十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n=2。
(2)根据题目要求，选择二阶压控电压源带通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1)根据滤波器的特征频率f o选取电容C和电阻R的值。
电容C的大小一般不超过1uF，电阻R取值为k Q数量级。
表1给出截止频率f o与电容值的选择参考对照表。
表1截止频率与所选电容的参考对照表设电容C的取值为1nF，(2)根据K确定电阻R A和R B的值取R A 1k Q，贝U R B (K 1)R A 2.7172k(3)H 0BP =4 K(4)如果修改增益为1,则计算可得3 •如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。
【范例5】设计一带通滤波电路，要求其截止频率f o 为10kHz,-3dB 带宽为2kHz , 谐振增益为H OBP 10，ff o 处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的误差要求在土 10%以内。
1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。
(1) 由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n =2 (2) 根据题目要求，选择二阶压控电压源带通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1)根据滤波器的特征频率f o 选取电容C 和电阻R 的值。
电容C 的大小一般不超过1uF ，电阻R 取值为k Q 数量级。
表1给出截止频 率f o 与电容值的选择参考对照表。
6 7表1截止频率与所选电容的参考对照表6 & r 2R 2 2.4 15.915 38.196k7 R 3 -R 2 12 15.915 27.28k(5) 选取 R A =1k Q ，则 R B ( K 1) R A 3.8k3 •如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提 出限制。
3QH 0BP1K 3QH OBP 13 5 10 1 24QQ55 3Q H OBP1可得r 23Q H OBP 13 5 10 1 12H 0BPH OBP10523Q 123Q 13 5 1 7H OBPH OBP105K(2)由 r 2(4)（二）二阶无限增益多路反馈带通滤波器图6二阶无限增益多路反馈带通滤波器原理图 习惯令C i C 2 C ，贝U 相应的设计方程为为了将增益从现在的A o.降到另一个不同的值A new ，应用戴维南定理，用分压器R IA 和R IB 取代R ，同时确保W 。
不受替换的影响，需符合下式:7所示。
图7二阶无限增益多路反馈带通滤波器原理图Q ：H 0BP W 0CQ (2Q H 0BP )W o C解得方程 电路连接如图(1) 选取 (2) R i2w 0QC 12 2 f 0 Q C (3) R 22Q W o C2Q 2 f o CR AR IBf o 处的衰减速率不低于40dB/10频程，截止频率和增益等的 误差要求在土 10%以内。
1 •首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数 n 。
(1) 由衰减速率要求 20 ndB /十倍倍频》40dB/十倍频程，算出n =2。
(2) 根据题目要求，选择无限增益多路反馈带通有源滤波电路形式。
2 •根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。
(1)根据滤波器的特征频率f 。
选取电容C 和电阻R 的值。
电容C 的大小一般不超过1uF ，电阻R 取值为k Q 数量级。