通用有源滤波器UAF42的原理及应用

摘要：UAF42是美国Burr-Brown公司推出的高集成度通用有源滤波器，它具有设计方便、使用灵活的特点。通过改变UAF42的电路参数可以构成各种满足工程实际需要的滤波器。文中介绍了UAF42的引脚功能、内部结构和工作原理，并给出了由UAF42构成的双极有源滤波器及

60Hz限波电路的具体电路和参数设计。

关键词：滤波器限波器UAF42

1 概述

滤波器是一种能使有用信号顺利通过而同时对无用频率信号进行抑制（或衰减）的电子装置。工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。以往主要采用无源元件R、L和C 组成模拟滤波器，六十年代以来，集成运放获得了迅速地发展，由它和R、C组成的源滤波器，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，而输出阻抗又很低，而且，由其构成的有源滤波器还具且一定的电压放大和缓冲作用。因此，基于放大器和R、C构成的有源滤波器应用日益广泛。随着微电子学的发展，人们已经可以把一些电阻和电容与运放集成在一块芯片上构成通用有源滤波器（Universal Active Filter,UAF）。这种芯片集成度高，片内集成了设计滤波器所需的电阻和电容，在应用中只需极少数外部器件就可以很方便地构成一个源滤波器。BB（Burr-Brown）公司的UAF42就是这一类通用有源滤波器的代表。它可广泛应用于高通、低通和带通滤波器设计中。它采用典型的状态可调（state-variable）模拟结构，内部集成了一个反向放大器和两个积分器。该积器包括1000μF （±5%）的电容。因此较好的解决了有源波器设计中获得低损耗（low-loss）电容的问题。

UAF42具有以下特点：

●通用性强，可根据需要设计成高通、低通、带通和带阻滤波器；

●设计简单。BB公司还为UAF42专门设计了一个软件，从而可以方便灵活地设计各种不同类型的滤波器。

●具有高精度频率和高Q值；

●片内集成有1000pF±5%的电容。

2 UAF42的引脚功能和内部结构

UAF42的引脚排列和内部结构框图分别如图1和图2所示，各管脚的功能如表1所列。表1 UAF42的引脚功能

引脚序号引脚名

称

功能

1 Low-pass V o 低通输出端

2 Vin

3 输入引脚3，经过内部一个电阻后连接VFA内部运放的非反向输入端

3 Vin2 输入引脚2，与UAF42内部运放的非反向输入端相连

4 Auxiliary Op Amp

+IN

辅助运放非反向输入端

5 Auxiliary Op Amp

-IN

辅助运放反向输入端

6 Auxiliary Op Amp

辅助运放输出端

7 Bandpass V o 带通输出

8 Frequency adj1 频率调节引脚1

9 V- 负电源电压

10 V+ 正电源电压

11 Gound 地

12 Vin1 输入引脚1，接UAF42内部运放的反向输入端

13 High-pass V o 高通输出端

14 Frequency adj2 频率调节引脚2

3 利用UAF42构成有源波器

有源滤波器在电子产品中应用广泛，但是其设计却比较繁琐费时。从UAF42的引脚和内部结构来看，利用UAF42进行有源滤波器的设计是十分方便的。同时，BB公司为方便基于UAF42的有源滤波器的设计还提供了不少可供参考资料，这些参考资料给出了具体的滤波器参数计算公式，设计人员可以根据工程需要进行有源滤波器的设计。图3给出了一个非反向输入端双极点的有源滤波器电路。电路的各参数的计算公式如下：

在上式中，ωn是有源滤波器电路的固有频率；Q是品质因数；ALP、AHP、ABP分别是滤波器的有低通、高C1=C2=1000pF，这样，再选择适当使R1=R2=R4=50kΩ，C1=C2=1000pF，这样，再选择适当的RG和RQ的值就可以确定Q以及滤波电路的增益。

图4是笔者利用UAF42设计的一个60Hz的限波电路。在该电路中，UFA42的高通输出和低

通输出分别接辅助运放的非反向输入端。在频率为60Hz时，滤波器高通和低通的幅度相同而相位相差180度，因此在60Hz时辅助运放的输出为0。其限滤频率fnotch由下式决定：

fnotch=（ALPRz2/AHPPZ1）1/2 f0

式中，ALP是当f等于0时在低通输出端的增益值；AHP是当f远大于f0时在高通输出端的增益值。

一般情况下，可以使（ALPTz2/AHPRZ1）1/2=1，这样fnotch等于f0,而f0的值由fo=1/2πRfCc 决定：

其中，RF=RF1=RF2，C=C1=C2，电路中RF1=RF2=2.65MΩ，C1=C2=1000pF。另外，该发波电路的限波频率与带宽和品质因数有如下的关系：

BW-3dB=fnotch/Q

其中品质因数Q由下式决定：

Q=RZ3/Rz1=Rz3/Rz2=12.1/2≈6

这样该限波电路的带宽，BW-3dB为10Hz，它是增益为-3dB的两点之间的频差，进而可以求出电阻RQ的值。

在实际电路中，RQ的值可选择为4.99kΩ。

图5给出了该限波器的输出特性曲线。

滤波器基本原理、分类、应用

滤波器原理滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。本文所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。带通滤波器二、滤波器分类 ⒈根据滤波器的选频作用分类 ⑴低通滤波器从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶带通滤波器它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。 ⑷带阻滤波器与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。推荐精选

低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。低通滤波器与高通滤波器的串联低通滤波器与高通滤波器的并联 ⒉根据“最佳逼近特性”标准分类 ⑴巴特沃斯滤波器从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为： ⑵切比雪夫滤波器推荐精选

有源带通滤波器设计报告

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

自适应滤波器介绍及原理

关于自适应滤波的问题：自适应滤波器有4种基本应用类型： 1) 系统辨识：这时参考信号就是未知系统的输出，当误差最小时，此时自适应滤波器就与未知系统具有相近的特性，自适应滤波器用来提供一个在某种意义上能够最好拟合未知装置的线性模型 2) 逆模型：在这类应用中，自适应滤波器的作用是提供一个逆模型，该模型可在某种意义上最好拟合未知噪声装置。理想地，在线性系统的情况下，该逆模型具有等于未知装置转移函数倒数的转移函数，使得二者的组合构成一个理想的传输媒介。该系统输入的延迟构成自适应滤波器的期望响应。在某些应用中，该系统输入不加延迟地用做期望响应。 3) 预测：在这类应用中，自适应滤波器的作用是对随机信号的当前值提供某种意义上的一个最好预测。于是，信号的当前值用作自适应滤波器的期望响应。信号的过去值加到滤波器的输入端。取决于感兴趣的应用，自适应滤波器的输出或估计误差均可作为系统的输出。在第一种情况下，系统作为一个预测器；而在后一种情况下，系统作为预测误差滤波器。 4) 干扰消除：在一类应用中，自适应滤波器以某种意义上的最优化方式消除包含在基本信号中的未知干扰。基本信号用作自适应滤波器的期望响应，参考信号用作滤波器的输入。参考信号来自定位的某一传感器或一组传感器，并以承载新息的信号是微弱的或基本不可预测的方式，供给基本信号上。这也就是说，得到期望输出往往不是引入自适应滤波器的目的，引入它的目的是得到未知系统模型、得到未知信道的传递函数的倒数、得到未来信号或误差和得到消除干扰的原信号。 1 关于SANC （自适应消噪）技术的问题自适应噪声消除是利用winer 自适应滤波器，以输入信号的时延信号作为参考信号来进行滤波的，其自适应消噪的原理说明如下：信号()x n 可分解为确定性信号分量()D x n 和随机信号分量()R x n ，即： ()()()D R x n x n x n =+ (1.1) 对于旋转机械而言，确定性信号分量()D x n 通常可表示为周期或准周期信号分量()P x n ，即： ()()()P R x n x n x n =+ 1.2 对信号()x n 两个分量()P x n 和()R x n ，有两个基本假设： (1) ()P x n 和()R x n 互不相关； (2) ()P x n 和()R x n 的自相关函数具有下述特性：()0P P x x R m ≈， N m M ≥；()0R R x x R m ≈，B m M ≥；

RC 有源滤波器

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）

FIR数字滤波器设计及软件实现

实验五：FIR数字滤波器设计及软件实现一、实验目的：（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。（4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。二、实验容及步骤：（1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理；（2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示；图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图（3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。（4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。友情提示： ○1MATLAB函数fir1和fftfilt的功能及其调用格式请查阅本课本；

○ 2采样频率Fs=1000Hz ，采样周期T=1/Fs ； ○ 3根据图10.6.1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz ，阻带截至频率fs=150Hz ，换算成数字频率，通带截止频率 p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率s 20.3s f ωπ=T =π，阻带最小衰为60dB 。] ○ 4实验程序框图如图2所示。图2 实验程序框图三、实验程序： 1、信号产生函数xtg 程序清单： %xt=xtg(N) 产生一个长度为N,有加性高频噪声的单频调幅信号xt,采样频率Fs=1000Hz %载波频率fc=Fs/10=100Hz,调制正弦波频率f0=fc/10=10Hz. function xt=xtg N=1000;Fs=1000;T=1/Fs;Tp=N*T; t=0:T:(N-1)*T; fc=Fs/10;f0=fc/10; %载波频率fc=Fs/10，单频调制信号频率为f0=Fc/10;

滤波器的种类、作用、原理

滤波器的种类、作用、原理一、概述 1．定义凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。 2．分类幅频特性如下

频率通带：能通过滤波器的频率范围频率阻带：被滤波器抑制或极大地衰减的信号频率范围。截止频率：通带与阻带的交界点。 2）按物理原理分：机械式、电路式按处理信号分：模拟、数字 3．滤波器的作用 1）将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比； 2）滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度； 3）从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。二、理想滤波器与实际滤波器 1．理想滤波器的频率特性理想滤波器：使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。如理想低通滤波器的频率响应函数为

理想滤波器实际上并不存在。 2．实际滤波器实际滤波器的幅频特性如下图所示实际滤波器的特性需要以下参数描述： ①信频程选择性：与上、下截止频率处相比，频率变化一倍频程时幅频特性的衰减量，即信频程选择性总是小于等于零，显然，计算信量的衰减量越大，选择性越好。 ②滤波器因素：－60dB处的带宽与－3dB处的带宽之比值，即 ③分辨力：即分离信号中相邻频率成分的能力，用品质因素Q描述。

3．实际带通滤波器的形式 ①恒定带宽带通滤波器:B=常量，与中心频率f0无关。 ②恒定百分比带通滤波器：在高频区恒定百分比带通滤波器的分辨率比恒定带宽带通滤波器差。三、RC无源模拟式滤波器 1．一阶RC低通滤波器

2．一阶高通滤波器

有源带通滤波器设计

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)

EMI滤波器应用设计原理

EMI滤波器设计原理高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的 d v/d t和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理围即可。在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要 H 的衰减）； stop 2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）； 3）低成本。 1.1 常用低通滤波器模型 EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k

卡尔曼滤波的基本原理及应用

卡尔曼滤波的基本原理及应用卡尔曼滤波在信号处理与系统控制领域应用广泛，目前，正越来越广泛地应用于计算机应用的各个领域。为了更好地理解卡尔曼滤波的原理与进行滤波算法的设计工作，主要从两方面对卡尔曼滤波进行阐述：基本卡尔曼滤波系统模型、滤波模型的建立以及非线性卡尔曼滤波的线性化。最后，对卡尔曼滤波的应用做了简单介绍。卡尔曼滤波属于一种软件滤波方法，其基本思想是：以最小均方误差为最佳估计准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和当前时刻的观测值来更新对状态变量的估计，求出当前时刻的估计值，算法根据建立的系统方程和观测方程对需要处理的信号做出满足最小均方误差的估计。最初的卡尔曼滤波算法被称为基本卡尔曼滤波算法，适用于解决随机线性离散系统的状态或参数估计问题。卡尔曼滤波器包括两个主要过程：预估与校正。预估过程主要是利用时间更新方程建立对当前状态的先验估计，及时向前推算当前状态变量和误差协方差估计的值，以便为下一个时间状态构造先验估计值；校正过程负责反馈，利用测量更新方程在预估过程的先验估计值及当前测量变量的基础上建立起对当前状态的改进的后验估计。这样的一个过程，我们称之为预估－校正过程，对应的这种估计算法称为预估－校正算法。以下给出离散卡尔曼滤波的时间更新方程和状态更新方程。时间更新方程：状态更新方程：在上面式中，各量说明如下： A：作用在X k-1上的n×n 状态变换矩阵 B：作用在控制向量U k-1上的n×1 输入控制矩阵 H：m×n 观测模型矩阵，它把真实状态空间映射成观测空间 P k－：为n×n 先验估计误差协方差矩阵 P k：为n×n 后验估计误差协方差矩阵 Q：n×n 过程噪声协方差矩阵 R：m×m 过程噪声协方差矩阵 I：n×n 阶单位矩阵K k：n×m 阶矩阵，称为卡尔曼增益或混合因数随着卡尔曼滤波理论的发展，一些实用卡尔曼滤波技术被提出来，如自适应滤波，次优滤波以及滤波发散抑制技术等逐渐得到广泛应用。其它的滤波理论也迅速发展，如线性离散系统的分解滤波（信息平方根滤波，序列平方根滤波，UD 分解滤波），鲁棒滤波（H∞波）。非线性样条自适应滤波：这是一类新的非线性自适应滤波器，它由一个线性组合器后跟挠性无记忆功能的。涉及的自适应处理的非线性函数是基于可在学习

带阻滤波器设计原理计算

带阻滤波器设计原理计算时间：2009-07-08 20:38:37 来源：资料室作者：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。

带阻滤波器（BEF）如图1（a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。 (a) 电路图 (b) 频率特性图1二阶带阻滤波器电路性能参数: 通带增益中心频率带阻宽度B＝2（2－Aup）f0 选择性

卡尔曼滤波的原理及应用自己总结

卡尔曼滤波的原理以及应用滤波，实质上就是信号处理与变换的过程。目的是去除或减弱不想要成分，增强所需成分。卡尔曼滤波的这种去除与增强过程是基于状态量的估计值和实际值之间的均方误差最小准则来实现的，基于这种准则，使得状态量的估计值越来越接近实际想要的值。而状态量和信号量之间有转换的关系，所以估计出状态量，等价于估计出信号量。所以不同于维纳滤波等滤波方式，卡尔曼滤波是把状态空间理论引入到对物理系统的数学建模过程中来，用递归方法解决离散数据线性滤波的问题，它不需要知道全部过去的数据，而是用前一个估计值和最近一个观察数据来估计信号的当前值，从而它具有运用计算机计算方便，而且可用于平稳和不平稳的随机过程(信号)，非时变和时变的系统的优越性。卡尔曼滤波属于一种软件滤波方法，概括来说其基本思想是：以最小均方误差为最佳估计准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和当前时刻的观测值来更新对状态变量的估计，求出当前时刻的估计值，算法根据建立的系统方程和观测方程对需要处理的信号做出满足最小均方误差的估计。其所得到的解是以估计值的形式给出的。卡尔曼滤波过程简单来说主要包括两个步骤：状态变量的预估以及状态变量的校正。预估过程是不考虑过程噪声和量测噪声，只是基于系统本身性质并依靠前一时刻的估计值以及系统控制输入的一种估计；校正过程是用量测值与预估量测值之间的误差乘以一个与过程

噪声和量测噪声相关的增益因子来对预估值进行校正的，其中增益因子的确定与状态量的均方误差有关，用到了使均方误差最小的准则。而这一过程中体现出来的递归思想即是：对于当前时刻的状态量估计值以及均方误差预估值实时进行更新，以便用于下一时刻的估计，使得系统在停止运行之前能够源源不断地进行下去。下面对于其数学建模过程进行详细说明。 1.状态量的预估（1）由前一时刻的估计值和送给系统的可控制输入来预估计当前时刻状态量。 X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k) 其中，X(k-1|k-1)表示前一时刻的估计值，U(k)表示系统的控制输入，X(k|k-1)表示由前一时刻估计出来的状态量的预估计值，A表示由k-1时刻过渡到k时刻的状态转移矩阵，B表示控制输入量与状态量之间的一种转换因子，这两个都是由系统性质来决定的。（2）由前一时刻的均方误差阵来预估计当前时刻的均方误差阵。 P(k|k-1)=A P(k-1|k-1)A’+Q 其中，P(k-1|k-1)是前一时刻的均方误差估计值，A’代表矩阵A 的转置，Q代表过程噪声的均方误差矩阵。该表达式具体推导过程如下： P(k|k-1)=E{[Xs(k|k)-X(k|k-1)][Xs(k|k)-X(k|k-1)]’}------ 其中Xs(k|k)=A Xs(k-1|k-1)+B U(k)+W(k-1)表示当前时刻的实际值，Xs(k-1|k-1)表示前一时刻的实际值，可以看出与当前时刻的预估计值

无源滤波器和有源滤波器特点

无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L和C组成。有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。无源滤波装置该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。国际上广泛使用的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1单调谐滤波器:一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单;缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其它次选用二阶单调谐滤波器。 2高通(宽频带滤波器,一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。有源滤波器虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波器特性受系统参数影响大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter,缩写为APF。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点: a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理; b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险; c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点一、无源滤波器的优点无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应

有源电力滤波器的基本原理和分类

有源电力滤波器的基本原理和分类 1．有源电力滤波器的基本原理有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。图1 有源滤波器示意图指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。图2 电压型有源滤波器

图3 电流型有源滤波器 2．有源电力滤波器的分类按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。图4 并联型有源滤波器图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。图5 串联型有源滤波器图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。图6 混合型有源滤波器图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些

变频器滤波器工作原理及作用

变频器滤波器工作原理及作用 Prepared on 21 November 2021

变频器滤波器变频器滤波器，顾名思义，就是专门针对变频器产生谐波的特点及规律，而专门开发的一款专用型滤波器，是的一种。概述变频器滤波器主要是由电感、电容、电阻等组成的无源器件。它是一种低通滤波器的一种，可以让工频信变频器输入滤波器号无阻挡的通过，抑制高频电磁干扰（一般来讲，可抑制干扰噪声频率为50/60~1kHz）。变频器滤波器为双向可逆器件，即能防止电网上的电磁噪声通过电源进入设备，也能防止设备本身的电磁噪声对电网的污染。变频器滤波器是用来抑制传导干扰的有效工具。特征 1、变频器滤波器是基于变频器在工作时，对电网及其它数字电子设备产生干扰的频谱分量电磁兼容性特点而专门设计的。 2、安装于电机和变频器及电源与变频器之间。 3、小尺寸,无需风扇，采用的是经过最恶劣环境测试过的高性能的材料和部件。 1、插入损耗插入损耗是衡量变频器滤波器电性能的重要参数。插入损耗是不用滤波器时从噪声源传递到负载时的噪声电压与插入滤波器时从噪声源传递到负载时的噪声电压之比。插入损耗在输入/输出的阻抗均为50Ω的系统下测试，结果通常表示为在所关心频段内的衰减曲线（单位为分贝）。 2、泄漏电流变频器滤波器的泄漏电流是指在250VAC/50Hz的电压/频率条件下，火线和零线与外壳间流过的电流。泄漏电流的大小主要取决于变频器滤波器中的共模电容。从插入损耗的角度来考虑，共模电容越大，电性能越好，此时，漏电流也越大。但从安全方面考虑，泄漏电流又不能过大，否则不符合安全标准要求。尤其是一些医疗保健设备，要求泄漏电流尽可能小。因此，要根据具体设备要求来确定共模电容的容量。 3、耐压

有源滤波器工作原理

有源电力滤波器工作原理摘要：随着电力电子器件的广泛应用，非线性负荷日益增加，电能质量问题日益严重，有源电力波器（Active Power Filter，APF）是一种用于动态抑制电力系统谐波，补偿无功功率的新型电力电子装置，本文介绍了有源电力滤波器的工作原理和基本类型，阐述了 APF 的谐波检测方法及控制策略，并展望了APF 的未来发展及应用前景。关键词：APF；有源滤波；谐波抑制；检测方法；控制方法 Working principle of active power filter Abstract:With the wide application of Power electronic devices, nonlinear load increasing, the Power quality problem is increasingly serious, Active Power Filter (Active Power Filter, APF) is a new Power electronic devices used for dynamic Power system harmonics, reactive Power compensation. This paper introduces the working principle of Active Power Filter and the basic types, expounds the harmonic detection method and control strategy of APF, and introduces the prospects for the future development and application of APF. Key words: APF; the active filter; harmonic suppression; detection method; control method 1引言近些年来，配电网中整流装置、变频调速装置、工业电源以及各种电力电子装置不断曾加，造成了负荷的非线性、不平衡性使得电力系统的电压、电流发生畸变，严重的影响了供电质量。因此，解决电力系统中谐波和无功问题，提高电网供电质量变得越来越成为我们不能忽的问题。由于电力电子的发展，对供电质量提出更高的要求。而传统的谐波抑制和无功补偿主要是采用LC滤波器，它由于结构简单、成本低、技术成熟广泛应用工业生产中。但由于自身也有一定的缺点，在应用中产生了诸多的问题。电力电子技术的发展，人们提出了有效抑制谐波和补偿无功的有源电力滤波器。与无源滤波器相比，APF 具有高度可控性和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大威胁，是一种能够有效的抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置随着APF 在我国的不断推广应用，也带来了巨大的经济利益和社会利益。 2 有源滤波器概述 2.1 有源滤波器工作原理图1 是最基本的APF系统结构原理图，非线性负载为谐波源，其中下面部分是APF。图 1 APF 系统结构原理图有系统结构图可以看出，APF 系统包含两大部分，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。目前主电路的拓扑结构均采用的PWM 变流器。图示的APF 的基本工作原理是：检测补偿对象的电压电流，经过指令电流运算环节计算得出补偿电流的指令信号，驱动控制回流根据指令信号产生PWM 脉冲作用于变流器的开关器件，使其产生与谐波和无功电流大小相同、方向相反的补偿电流，使电网电流波形趋于正弦波，达到补偿的目的。

滤波器的原理和作用

一：滤波器的分类滤波器是由集中参数的电阻、电感、和电容，或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这中网络允许一些频率通过，而对其他频率成分加以抑制。广低通（LPF）（低频滤波器从截至频率分］高通（HPF）从工作频率分< 中频滤波器 J带通（BHF）I高频滤波器从使用器件上分有源滤波器和无源滤波器无源又分：RC滤波器和LC滤波器。RC滤波器又分为低通RC, 高通RC和带通RC和带阻RC。LC同理有源又分为：有源高通、低通、带通、带阻滤波器。二：滤波器的参数 1插入损耗。用dB来表示，分贝值越大，说明抑制噪干扰的能力就越强。插入损耗和频率有直接的关系。l L=20lg（U1/U2）U1为信号源输出电压，U2为接入滤波器后，在其输出端测得的信号源电压 2、截至频率。滤波器的插入损耗大于3dB的频率点称为滤波器的截至频率，当频率超过截止频率时，滤波器就进入了阻带，在阻带内干扰信号会受到较大的衰减。 3、额定电压。滤波器正常工作时能长时间承受的电压。绝对要区分交流和直流。 4、额定电流。滤波器在正常工作时能够长时间承受的电流。 5、工作温度范围。-55---125C X电容

6、漏电流。安规电容 Y电容选择容值和耐压值要非常慎重，漏电流不能超过0.35mA或0.7mA，总容值不能超过4700pF 7、承受电压。能承受的瞬间最高电压。三：滤波器的结构 n型，L型，T型电源滤波器在实际应用中，为使它有效的抑制噪声应合理配接。组合滤波器的网络结构和参数，才成得到较好的EMI抑制效果。当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等式，EMI信号将其输入端和输出端都产生反射。这时电源滤波器对EMI噪声的衰减，就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关，可以用这点更有效抑制EMI噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器是，要注意滤波器的正确连接，以造成尽可能大的反射，是滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配，从而得到更好的EMI抑制性能。当然滤波器对噪声的抑制和取决于扼流圈的阻抗Z F的大小。由于差模电感滤波器很容易产生磁饱和，且电感滤波器的体积也比较大，因此目前很少使用，基本上都用共模滤波器来代替。实际应用中共模电感滤波器的两个线圈之间也存在很大的漏感，因此，它对差模干扰信号也具有一定的滤波作用。同时还有电路中的分布电容和分布电感以及各个线圈电感值的差值都可以抑制差模信号。四：滤波器的结构初步设计根据EMC 的定义和原理，EMC 滤波电路不但要抑制本电子设备产生

高通滤波器原理及分类

高通滤波器：英文名称为high-pass filter，又称低截止滤波器、低阻滤波器，允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。后者是用以频率为自变量的函数表示，一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数，以H（jω）表示。它的模H（ω）和幅角φ（ω）为角频率ω的函数，分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”，它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和相位变化。可以证明，系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的傅里叶变换。当线性无源系统可以用一个N阶线性微分方程表示时，频率响应H（jω）为一个有理分式，它的分子和分母分别与微分方程的右边和左边相对应。高通滤波器原理及分类高通滤波器按照所采用的器件不同进行分类的话，会有源高通滤波器、无源高通滤波器两类。无源高通滤波器：无源高通滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。实际滤波器的基本参数：理想滤波器是不存在的，其特性只需截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，故需用更多参数来描述。高通滤波器技术指标有：

有源滤波器的基本原理

有源滤波器的基本原理有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波，以及变化无功进行补偿。其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的缺点。有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有

源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。

2．有源电力滤波器的分类按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，

带通滤波器详解_带通滤波器工作原理_带通滤波器原理图

带通滤波器详解_带通滤波器工作原理_带通滤波器原理图带通滤波器（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