RC有源滤波器的设计

目录

RC有源滤波器的设计 (1)

1. 设计目的 (1)

2. 设计原理和指标 (1)

3. 设计要求 (2)

4. 参数确定 (3)

4.1 二阶低通滤波器参数的确定 (3)

4.2 二阶高通滤波器参数的确定 (5)

4.3 工作原理 (7)

5. 电路图的设计 (7)

5.1 二阶低通滤波器电路图 (8)

5.2 二阶高通滤波器电路图 (9)

5.3 二阶带通滤波器电路图 (10)

6 电路的安装 (10)

7 调试与测试 (10)

7.1 调试前的检查 (11)

7.2 调试方法与原则 (11)

7.2 调试中注意的事项 (12)

8 实验设计总结与感悟 (13)

附录 (14)

参考文献 (15)

RC有源滤波器的设计

1. 设计目的

1、学习RC有源滤波器的设计方法；

2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；

3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；

4、掌握有源滤波器的测试方法；

5、测量有源滤波器的幅频特性

2. 设计原理和指标

有源滤波电路是指滤波电路中除了使用R、C等元件外，还应用了集成运放等有源滤波电路。滤波电路的作用是选出有用频率的信号，使一定频率范围的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围之外的信号衰减很大。通常称可以通过的频率范围为通带，不能通过的频率为阻待。通带和阻带的界限频率称为截止频率。

(1) 低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH =2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；

图1低通滤波器电路图

(2) 高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL =100Hz；Ui=100mV；

阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；

图2高通滤波器电路图

(3) 带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。

图3带通滤波器电路图

3. 设计要求

（1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；

（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；

（3）测量技术指标参数。

4. 参数确定

4.1 二阶低通滤波器参数的确定

常用的有源二阶低通滤波器电路有两种形

式，一种是无限增益多路负反馈有源二阶低通

滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS ）有源二阶低通滤波器电路。本文主要介绍压控电压源（VCVS ）有源二阶低通滤波器。具体电路如图1所示，信号从运放的同相端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小， 图4

运放A 和R1 、Rf 组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源LPF 。优点是电路性能较稳定，图4压控电压源有源二阶低通滤波器增益容易调节。

这种滤波器的传递函数为：

212122121122

1211

1)1(111)

()

()(C C R R s C R A C R C R s R R C C A s U s U s A uo uo

i o u +⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+++==

2

22c c

c uo s Q

s A ωωω++

=

（1）

在上式分母中，由于s 为二次幂，故称为二阶LPF 。其中，截止频率为：

2

1211C C R R c =

ω （2）

即： 2

1

2121)

(21

C C R R f c π=

（3）

通带增益为：

3

4

1R R A uo +

= （4）

1

212111

)1(11C R A C R C R Q

uo c

-++=

ω （5） Q 称为滤波器的品质因数，由以上四式可知，当按比例调节R1、R2或C1、C2

时，可以改变

c ω的值，但对Q 和Auo 的值没有影响，为了使幅频特性不出现凸峰，

Q 通常取0.7。

图4电路的复数频率特性为：

c c

uo

u

Q j A A ωωωω⋅+⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

112

c c uo

f f Q j f f A ⋅+⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

112

（6）

对数幅频特性为：

222111lg

20lg

20⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c c uo

u f f Q f f A A （7） 当Q =

21

时，根据上式作出的幅频特性曲线 ，如图5所示。

由(6)式可知，当f = fc 时，模

c

f f u

A == Q · Auo ，

当Q =

21

时，c

f f u

A == 0.707 · Auo ，此时通带幅频特性最平坦，且电路工作

时较稳定； 当f < fc 时，

u

A ≈ Auo ，为通带放大倍数；

当f > fc 时，幅频特性以 -40dB/十倍频的速率衰减，比一阶低通滤波器的特性好的多；

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