《有源滤波器知识》PPT课件
合集下载
有源滤波器原理PPT课件
f
f0
f0
当 f fp 时，上式分母的模 1 ( fp )2 j3 fp 2
f0
f0
解得截止频率
fp
53 2
7
f0
0.37
f0
0.37 2π RC
与理想的二阶波特图相比，在超过 f0 以后， 幅频特性以-40 dB/dec的速率下降，比一阶的下
降快。但在通带截止频率 fp f0之间幅频特性
解得：
R1 5.51 R, Rf 3.14 R, R 3.9 k
R1 5.51 R 5.513.9 k 21.5k Rf 3.14 R 3.143.9 k 12.2 k
图13.16二阶压控型LPF
第26页/共27页
谢谢您的观看！
第27页/共27页
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响 应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加
一些R、C等无源元件而构成的。
通常有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）
它们的幅度频率特性曲线如图13.01所示。
第3页/共27页
图13.01 有源滤波器的频响
• 13.2.1 低通滤波器的主要技术指标 • 13.2.2 简单一阶低通有源滤波器 • 13.2.3 简单二阶低通有源滤波器 • 13.2.4 二阶压控型低通有源滤波器 • 13.2.5 二阶反相型低通有源滤波器
第6页/共27页
13.2.1 低通滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Avp
通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大 倍数，如图13.03所示。性能良好的LPF通带内 的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大 倍数基本为零。
VN s
《有源电力滤波器》课件
有源电力滤波器具有较高的 滤波效率和较低的损耗，能 够有效滤除电力供应中的噪 声和干扰。
有源电力滤波器的工作参数 和滤波特性可以根据需要进 行调节和优化，适应不同应 用环境。
有源电力滤波器的工作原理
有源电力滤波器通过电子元器件和控制电路的组合，实现对所需频率信号进行选择性传递和干扰抑制。
1
输入信号
有源电力滤波器将输入信号分解为不同频率
滤波电路
2
的成分。
滤波电路根据预设的频率响应特性，对目标
频率信号进行滤波处理。
3
输出信号
滤波电路输出滤波后的信号，实现对噪声和 干扰的抑制。
有源电力滤波器的应用领域
有源电力滤波器广泛应用于以下领域：
电力系统
用于净化电力供应，保障电力系统的稳定运行。
工业设备
用于电力负载的滤波和干扰抑制，提高设备运行的 可靠性。
有源电力滤波器的优缺点及改进方法
有源电力滤波器具有以下优点和缺点：
优点
• 主动滤波的能力。 • 较高的滤波效率。 • 灵活性和可调节性。
缺点
改进方法
• 较高的成本。 • 对电源系统稳定性的依赖性。 • 对温度和环境变化的敏感性。
• 优化控制电路和电子元器 件选择。
• 提高系统的稳定性和可靠性。 • 增强温度和环境适应能力。
总结
有源电力滤波器是一种重要的电子滤波装置，通过主动控制电路实现对电力 供应中的噪声和干扰的滤除，具有高效性能和灵活性。它广泛应用于电力系 统、工业设备、通信设备和医疗器械等领域，但也存在成本高、稳定性和环 境适应能力等挑战。通过优化设计和改进方法，可以进一步提高有源电力滤 波器的性能和可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
频率响应
《有源滤波器》PPT课件
精选课件ppt
8
不同阶数的低通滤波器的幅频特性
2021/1/14
精选课件ppt
9
滤波器的传递函数
❖ 可把高阶函数分解成多个二阶函数（当 n为偶数）或分解成一个一阶函数和多 个二阶函数（当n为奇数），所以一个n 阶的滤波器可用多个二阶滤波器或一个 一阶滤波器和多个二阶滤波器级联而得 到，因此一阶和二阶滤波器是最基本的 滤波器 。
2021/1/14
精选课件ppt
2
有源滤波器分类
❖ 低通滤波器（Low Pass Filter 简称LPF） ❖ 高通滤波器（High Pass Filter 简称HPF） ❖ 带通滤波器（Band Pass Filter 简称BPF） ❖ 带阻滤波器（Band Elimination Filter 简称
2021/1/14
精选课件ppt
24
滤波器的灵敏度S
❖ 灵敏度是标志滤波器性能质量的重要参数，其定
义为:
Sxy
dy/ y dx/ x
❖ 式中，y表示滤波器的某个滤波参数；x表示组成 滤波器的某个元件的参数。上式表示，灵敏度是 指滤波器电路中元件数值的变化所引起的滤波器 特性参数的变化。
❖ 灵敏度是衡量滤波器性能稳定性的重要指标，滤 波器电路的灵敏度越低，性能稳定性越好。
BEF）
2021/1/14
精选课件ppt
3
高通滤波器（HPF）
通带增益
2021/1/14
截止频率
精选课件ppt
4
低通滤波器（LPF）
通带增益
2021/1/14
截止频率
精选课件ppt
5
带通滤波器（BPF）
带宽
固有频率 中心频率
《有源滤波器》课件 (2)
相位校正电路可用于修正有源滤波器的相位响应，通常用于仪器仪表、通信 电路和自适应滤波等领域。它主要由两个电阻组成，具有调节频率响应的作 用。
有源滤波器与被动滤波器的对比
有源滤波器
• 使用放大器 • 增益高、精度高 • 带宽可调 • 需要电源 • 可自激震荡 • 使用符号法分析
被动滤波器
• 使用电阻和电容器 • 增益低、精度低 • 带宽固定 • 不需要电源 • 不会自激震荡 • 使用网络分析法
有源带通滤波器电路图
将一定范围内的中频信号通过，而削减高低频 信号。常用于收音机和通信设备中。
有源带阻滤波器电路图
削减一定范围内的信号，而通过高低频信号。 常用于降噪和信号抑制。
有源滤波器的工作原理
1
正反馈
有源滤波器通过将信号引入放大器并将放大的信号输出到电阻器和电容器等元件 上，实现对信号的滤波。这是利用正反馈实现的。
分类
有源滤波器的分类包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器 和陷波器等。这些滤波器的分类基于它们在频率域中对信号的响应。
常见的有源滤波器电路图
有源低通滤波器电路图
将低频信号通过，而削减高频信号。常用于音 频的控制和处理。
有源高通滤波器电路图
将高频信号通过，而削减低频信号。常用于信 号的分离和滤波。
有源滤波器的实验设计与操作技巧
1 实验设计
有源滤波器实验需要注意的事项是：正确连接电路、选择滤波器类型、选择合适的元器 件、选取适当的放大倍数和调整直流偏置。
2 操作技巧
有源滤波器操作的技巧有：合理调整电路参数、对信号进行采样、选择合适的测试仪器 和分析工具，以及学会分析和解决实验中的问题。
2
Resonance
有源滤波器与被动滤波器的对比
有源滤波器
• 使用放大器 • 增益高、精度高 • 带宽可调 • 需要电源 • 可自激震荡 • 使用符号法分析
被动滤波器
• 使用电阻和电容器 • 增益低、精度低 • 带宽固定 • 不需要电源 • 不会自激震荡 • 使用网络分析法
有源带通滤波器电路图
将一定范围内的中频信号通过，而削减高低频 信号。常用于收音机和通信设备中。
有源带阻滤波器电路图
削减一定范围内的信号，而通过高低频信号。 常用于降噪和信号抑制。
有源滤波器的工作原理
1
正反馈
有源滤波器通过将信号引入放大器并将放大的信号输出到电阻器和电容器等元件 上，实现对信号的滤波。这是利用正反馈实现的。
分类
有源滤波器的分类包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器 和陷波器等。这些滤波器的分类基于它们在频率域中对信号的响应。
常见的有源滤波器电路图
有源低通滤波器电路图
将低频信号通过，而削减高频信号。常用于音 频的控制和处理。
有源高通滤波器电路图
将高频信号通过，而削减低频信号。常用于信 号的分离和滤波。
有源滤波器的实验设计与操作技巧
1 实验设计
有源滤波器实验需要注意的事项是：正确连接电路、选择滤波器类型、选择合适的元器 件、选取适当的放大倍数和调整直流偏置。
2 操作技巧
有源滤波器操作的技巧有：合理调整电路参数、对信号进行采样、选择合适的测试仪器 和分析工具，以及学会分析和解决实验中的问题。
2
Resonance
有源电力滤波器课件
与有源电力滤波器并联的小容量一阶高通滤波器
（或者二阶），用于滤除APF所生的补偿电流中开关 频率附近的谐 波。
其补偿电流基本上由APF提供，这是有源电力滤 波器中最基本的形式，也是目前应用最多的一种。
图6.3 单独使用的并联型
这种补偿方式可用于：
有源电力滤波器
(1) 只补偿谐波；
(2) 只补偿无功功率，补偿的多少可以根据需要连续调节；
第六章有源电力滤波器
式(6-2)可表示为：
式(6-4)中k为频率系数，如k=0对应直流分量变换项，k=3对应三次 谐波变换项。由此，可以根据对特定次谐波进行补偿的要求，只作相应次 数的傅利叶变换。
此外，根据正余弦项初始相位的不同，还可得到基波无功和基波有功 分量。如，当采样与输入正弦信号同步时，则基波余弦的傅利叶反变换项 就对应于无功补偿电流。若要补偿谐波和无功，可用负载电流信号减去基 波有功分量得到补偿电流指令。
第六章有源电力滤波器
式中， ——神经元的阈值； ——神经元的输入，它由参考输入和其当前时刻以前的值组成
； ——迭代次数。
检测电路的输出为：
和 的调节采用Delta算法来进行。调节公式为：
式中， ——学习率
第六章有源电力滤波器
将上两式两端同除以输入信号的采样周期T，可得：
若T取得足够小，可将离散变量看成连续变量，则可分别变换为 ： 积分得：
指令电流运算电路的作用是根据APF的补偿目的得出补偿电流的指令信号，即
期望由APF产生的补偿电流信号。
具体而言，补偿目的大体上可分为以下几种：
(1) 只补偿谐波；
(2) 只补偿无功功率；
(3) 同时补偿谐波和无功功率；
以作为负载的三相桥式全控整流器的触发延迟角
第九章有源滤波器 87页PPT
管的等效平均电阻值。
动画9-2
9.7 LC 正弦波振荡电路
选频网络由LC 并联谐振电路构成
9.7.1 LC并联谐振电路的频率响应 9.7.2 变压器反馈LC 振荡器 9.7.3 电感三点式LC 振荡器
9.7.1 选频放大器
LC并联谐振电路输出电压是频率的函数：
V o()f[V i()]
选频放大器
利用LC并联回路的特性，用它代替共 射极放大器的RC便组成选频放大器
9.7.2 变压器反馈LC 振荡电路
交换反馈线圈的两个线 头，可使反馈极性发生变 化。
调整反馈线圈的匝数可 以改变反馈信号的强度
变压器反馈LC 振荡
电路的振荡频率与并联
LC 谐振电路相同，为
f0
2π
1 LC
图9.07变压器反馈LC 振荡电路
正反馈系数F也由C1 、C2决定。如果调整振荡频 率，需同时调整C1和C2
这时，只要调整C3 就可调整振荡频率
调节振荡频率更方便
某振荡器电路如下图所示，说明各元器 件的作用，当C4=5pf时列式计算振荡频率 等于多少。
ZL高频扼流圈
9.7.5 石英晶体LC 振荡电路
符号 :
它有一个串联谐振频率fs,
9.7.3 电感三点式LC 振荡器(又称哈特莱振荡器）
图9.09 电感三点式LC振荡器（CB） 图9.10电感三点式LC振荡器（CE）
9.7.4 电容三点式LC 振荡电路(又称考比茨振荡器）
（a）CB组态 （b）CE组态
例9.1：图9.13为一个三点式振荡电路 试判断是否满足相位平衡条件。
例9.2：
1 3
F=0
为满足起振的幅度条件 AF≥ 1，所以Af≥3。
《有源滤波器知识》PPT课件
模拟电子技术基础
故 滤波器的通频带宽
Q值越大，通频带越窄，滤波器 的选择性越强。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
A( j )
20lg |
| / dB
A0
0
带通滤波器 的幅频特性
0.5
1
–20
2
5
–40 0.1
Q=10
1
上页
w /wo
下页 返回
模拟电子技术基础
2．二阶带阻有源滤波器 (1) 电路组成
故 传递函数
其中：
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. 频率特性
将s=jw 代入式
得滤波器的频率特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
c. 滤波器的幅频特性
幅频特性分析 (a) 当 时，
(b) 当
时，
(c) 当
时，
电路具有带阻特性
为中心角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
d. 滤波器的阻带 令
组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。
优点
电路简单 高频性能好
C
R
RL
工作可靠 通带信号有能量损耗
无源高通滤波器
缺点 负载效应比较明显
体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(b) 有源滤波器 组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。
电路体积小、重量轻。
_
(2) 电路分析
a. 电路的传递函数
–
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
式中 故
Z1(s)
+ _
有源滤波器.ppt
5
APF的发展
20世纪80年代末至今，APF一直是电力电子 技术领域的研究热点之一，关于APF的论文在 国际刊物和学术会议上不断发表，这些论文从 APF的主电路结构、谐波电流检测、电流跟踪 控制等方面进行研究和改进。为适应不同的补 偿对象和实现补偿的多功能化，先后提出了并 联型结构、串联型结构和混合型结构等。
串并联型有源滤波器
这种有源滤波器的主要缺点是控制复杂，造价较高
16
混合型APF
混合型有源滤波器是在串 联型有源滤波器的基础上 使用一些大容量的无源L－ C滤波网络来承担消除低次 谐波，进行无功补偿。
14
串联型APF
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，消除电压谐波， 平衡或调整负荷的端电压。
串联型有源滤波器
与并联型相比，串联型有源滤波器损耗较大，各种 保护电路也较复杂
15
串并联型APF
组合了串联、并联型 有源滤波器的优点， 能解决大部分电能质 量问题，又称为统一 电能质量调节器 （UPQC）
6
APF的发展
APF 在 国 外 已 经 进 入 工 业 实 用 化 阶 段 。 世界上APF的主要生产厂家有日本三菱电 机公司、美国西屋电气公司、德国西门子 公司等。
APF 技 术 在 日 本 已 经 成 熟 ， 已 有 1000 多 台投入市场，容量越来越大，已经发展到 MV·A等级，功能也越来越丰富，除补偿 谐波外，还补偿基波无功、平衡三相电压， 抑制电压波动和闪变等功能
11
APF的基本结构和原理
按照联结方式确定APF的种类 1.并联型APF 2.串联型APF 3.串并联型APF 4.混合型APF 按照储能元件确定APF的种类 电压型APF（储能元件为电容） 电流型APF（储能元件为电感）
APF的发展
20世纪80年代末至今，APF一直是电力电子 技术领域的研究热点之一，关于APF的论文在 国际刊物和学术会议上不断发表，这些论文从 APF的主电路结构、谐波电流检测、电流跟踪 控制等方面进行研究和改进。为适应不同的补 偿对象和实现补偿的多功能化，先后提出了并 联型结构、串联型结构和混合型结构等。
串并联型有源滤波器
这种有源滤波器的主要缺点是控制复杂，造价较高
16
混合型APF
混合型有源滤波器是在串 联型有源滤波器的基础上 使用一些大容量的无源L－ C滤波网络来承担消除低次 谐波，进行无功补偿。
14
串联型APF
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，消除电压谐波， 平衡或调整负荷的端电压。
串联型有源滤波器
与并联型相比，串联型有源滤波器损耗较大，各种 保护电路也较复杂
15
串并联型APF
组合了串联、并联型 有源滤波器的优点， 能解决大部分电能质 量问题，又称为统一 电能质量调节器 （UPQC）
6
APF的发展
APF 在 国 外 已 经 进 入 工 业 实 用 化 阶 段 。 世界上APF的主要生产厂家有日本三菱电 机公司、美国西屋电气公司、德国西门子 公司等。
APF 技 术 在 日 本 已 经 成 熟 ， 已 有 1000 多 台投入市场，容量越来越大，已经发展到 MV·A等级，功能也越来越丰富，除补偿 谐波外，还补偿基波无功、平衡三相电压， 抑制电压波动和闪变等功能
11
APF的基本结构和原理
按照联结方式确定APF的种类 1.并联型APF 2.串联型APF 3.串并联型APF 4.混合型APF 按照储能元件确定APF的种类 电压型APF（储能元件为电容） 电流型APF（储能元件为电感）
有源电力滤波器讲解课件
4，谐波的抑制
谐波电流是一切谐波问题的根源，谐波电压也是由于谐波电流导 致的，即谐波电流和配电系统上产生的阻抗导致的电压降。因此， 一般在研究谐波导致的危害时，主要指谐波电流的危害。因此，解 决谐波也是从谐波电流入手。 抑制谐波，我们在电磁兼容上学过，主要有两种方式即有源滤波和无 源滤波。源我们从简单字面上讲就是电源，电压源或者电流源，
根方法2：从等效电路分析：
分析得 并联型APF本质上属于受控电流源； 串联型APF属于受控电压源。
负载整流电路的非线性负载： 直流侧 电感滤波 的整流电路属于电流型谐波源； 直流侧 电容滤波 的整流电路属于电压型谐波源。
并联型APF适合：补偿 直流侧电感滤波的整流电路 — 电流型谐波源。 串联型APF适合：补偿 直流侧电容滤波的整流电路 — 电压型谐波源。
偿以及三相系统中的不平衡电流等。 串联型通过一个匹配变压器，将APF串联与电源与负载之间，以消
除电压谐波、平衡或调整负载的端电压。损耗较大，各种保护电路也较复 杂。只消除高次谐波。
混合型，在串联型基础上使用了一些大容量的LC滤波网络来承担抵 消低次谐波，进行无功补偿。
串—并联型，结合了串联和并联优点，能解决电网中发生的大多 数电能质量问题。但控制复杂，造价较高。
基于PSCAD实现 有源电力滤波器
APF仿真
王思祥
设计整体思路
• 在对有源电力滤波器(APF)的结构和运行特性进行分析的基础 上，利用电磁暂态仿真软件PSCAD 对APF 系统的运行过程 进行了仿真，建立了系统的仿真模型，设计了基于瞬时无功 功率理论的控制系统，给出了在负荷电流突变等情况下APF 的动态响应曲线。
（2）突加负载时的仿真过程分析
• 右图所示为在0.4S 时突加负载前后系统 网侧A相电流波形（ 第一个子图所示）。 由图可见，APF在负 载突变的情况下仍能 快速地进行系统谐波 补偿，且稳定后其电 流波形接近于标准的 正弦波。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
b. 在w≤wn的频域
下降量最小
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
c. 幅频特性最平坦 –40
1
10
这种滤波器称为最大平坦或巴特沃斯（Butterworth）
型滤波器。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
巴特沃斯（Butterworth）型滤波器的幅频特性
–40dB/十倍频
0
当
–3
–40
1
10
此时的特征角频率wn才是截止角频率wc。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
7.3.3 高通有源滤波器
1．一阶高通有源滤波器 (1) 低通与高通电路的对偶关系
R换成C
·
·
·
·
C换成R
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 一阶高通滤波器 a. 电路组成 b. 电路分析 (a) 传递函数
Z1(s)
+ _
Z2(s)
_
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
1 0.707
0.5
1
10
这种滤波器称为切比雪夫（Chebyshev）型滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
0 –3
a. 特性无峰值。
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
b. 通带有衰减。 –40
1
10
c. Q值越小，幅频特性下降得越早。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
a. 无峰值
0 –3
+ _
A
+
_
压控电压源型电路二 阶高通有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
等效方框内的电路
+
+ _
A
+
等效电路
_
_
+
3
2
A0
+
–
–
上页 下页 返回
模拟电子技术基43;
3
2
A0
+
–
–
节点3
节点2
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由以上两式电路的传递函数为
+ _
.1
2_
+
+
_
(2) 电路分析 a. 电路的传递函数
无限增益多路反馈型二 阶有源低通滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
.1
2_
+
_
+
+
_
对节点1、2列节点电压方程
节点1
节点2
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由上两式得
其中
电路的品质因数
滤波器的特征角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
_
(2) 电路分析
a. 电路的传递函数
–
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
式中 故
Z1(s)
+ _
–
+
+
_ Z2(s)
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
令
+
_
——滤波器的通带增益
–
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. 滤波器的频率特性
令 s=jw，得滤波器的频率特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. 滤波器的频率特性
令 s=jw，得滤波器的频率特性
式中
为滤波器的通带增益
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
得
c. 滤波器的幅频特性
d. 滤波器的相频特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
e. 幅频特性分析 由式
知
当w << wn时， 当w >> wn时，
电路具有低通滤波器特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
实际低通滤波器的幅频特性
A
过渡带 通带
阻带
0.707
0
实际特性 理想特性
f
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
d. 根据滤波器的阶数分
一阶滤波器 二阶滤波器 高阶滤波器
滤器的阶数越高，性能越好。
e. 根据采用的元器件不同分
无源滤波器 有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(a) 无源滤波器
通带内的信号可以放大。
优点
精度高、性能稳定、易于调试。 负载效应小。
可以多级相连，用低阶来构成高阶滤波器。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
缺点
通带范围小。 需要直流电源。 适用于低频、低压、小功率等场合。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
7.3.2 低通有源滤波器 1. 一阶低通有源滤波器
+ (1) 电路组成
_
+
+
+
_
_
式中 通带增益 截止角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(b) 频率特性
令
由
滤波器的频率特性
得 滤波器的截止频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(c) 滤波器的幅频特性
由
得
幅频特性曲线
o
十倍频
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2．二阶高通有源滤波器 (1) 电路组成
+ _ (2) 电路分析
即 式中
因电路的频率特性与f 的一次方有关 故称之为一阶RC有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
得
c. 滤波器的幅频特性
d. 相频特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
讨论幅频和相频特性 (a) (b) (c) 滤波器具有低通的特性。
wc、fc分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。
上页 下页 返回
由式
当w=wn时
或
知
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
0 –3 –40
幅频特性曲线
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
1
10
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
a. 特性有峰值。
0
b. Q值越大，尖峰 – 3 越高。
c. 当 时，电路 将产生自激振荡。
–40
d. 过渡带衰减 速度较快。
Q=10 5 2
模拟电子技术基础
7.3 有源滤波器
7.3.1 滤波器的基础知识 功能: 允许信号中某一部分频率的分量通过。 通带: 能够通过信号的频率范围。
阻带: 不能够通过信号的频率范围。
截止频率: 通带和阻带之间的分界频率。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
滤波器的分类
a. 根据处理的信号不同分为
模拟滤波器 数字滤波器
b. 根据使用的滤波元件不同分为
RC型 LC型 RLC型
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
c. 根据工作频率不同分为
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
理想滤波器的幅频特性
A
低
通
通
带
A
通
高
带
通
0
0
f
f
A
A
带 通
0
通 带
f
通通
带
带带
阻
0
f
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
20lg|A(jw)|/dB
0
幅频特性曲线 幅频特性曲线
3dB –20dB/十倍频
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 一阶滤波器特点 a. 电路简单。 b. 过渡带的衰减慢，衰减速率20dB /十倍频。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2. 二阶有源低通滤波器
(1) 电路组成
组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。
优点
电路简单 高频性能好
C
R
RL
工作可靠 通带信号有能量损耗
无源高通滤波器
缺点 负载效应比较明显
体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(b) 有源滤波器 组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。
电路体积小、重量轻。
其中 通带增益 品质因数 特征角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
下降量最小
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
c. 幅频特性最平坦 –40
1
10
这种滤波器称为最大平坦或巴特沃斯（Butterworth）
型滤波器。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
巴特沃斯（Butterworth）型滤波器的幅频特性
–40dB/十倍频
0
当
–3
–40
1
10
此时的特征角频率wn才是截止角频率wc。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
7.3.3 高通有源滤波器
1．一阶高通有源滤波器 (1) 低通与高通电路的对偶关系
R换成C
·
·
·
·
C换成R
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 一阶高通滤波器 a. 电路组成 b. 电路分析 (a) 传递函数
Z1(s)
+ _
Z2(s)
_
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
1 0.707
0.5
1
10
这种滤波器称为切比雪夫（Chebyshev）型滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
0 –3
a. 特性无峰值。
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
b. 通带有衰减。 –40
1
10
c. Q值越小，幅频特性下降得越早。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
a. 无峰值
0 –3
+ _
A
+
_
压控电压源型电路二 阶高通有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
等效方框内的电路
+
+ _
A
+
等效电路
_
_
+
3
2
A0
+
–
–
上页 下页 返回
模拟电子技术基43;
3
2
A0
+
–
–
节点3
节点2
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由以上两式电路的传递函数为
+ _
.1
2_
+
+
_
(2) 电路分析 a. 电路的传递函数
无限增益多路反馈型二 阶有源低通滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
.1
2_
+
_
+
+
_
对节点1、2列节点电压方程
节点1
节点2
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由上两式得
其中
电路的品质因数
滤波器的特征角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
_
(2) 电路分析
a. 电路的传递函数
–
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
式中 故
Z1(s)
+ _
–
+
+
_ Z2(s)
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
令
+
_
——滤波器的通带增益
–
+
+
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. 滤波器的频率特性
令 s=jw，得滤波器的频率特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. 滤波器的频率特性
令 s=jw，得滤波器的频率特性
式中
为滤波器的通带增益
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
得
c. 滤波器的幅频特性
d. 滤波器的相频特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
e. 幅频特性分析 由式
知
当w << wn时， 当w >> wn时，
电路具有低通滤波器特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
实际低通滤波器的幅频特性
A
过渡带 通带
阻带
0.707
0
实际特性 理想特性
f
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
d. 根据滤波器的阶数分
一阶滤波器 二阶滤波器 高阶滤波器
滤器的阶数越高，性能越好。
e. 根据采用的元器件不同分
无源滤波器 有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(a) 无源滤波器
通带内的信号可以放大。
优点
精度高、性能稳定、易于调试。 负载效应小。
可以多级相连，用低阶来构成高阶滤波器。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
缺点
通带范围小。 需要直流电源。 适用于低频、低压、小功率等场合。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
7.3.2 低通有源滤波器 1. 一阶低通有源滤波器
+ (1) 电路组成
_
+
+
+
_
_
式中 通带增益 截止角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(b) 频率特性
令
由
滤波器的频率特性
得 滤波器的截止频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(c) 滤波器的幅频特性
由
得
幅频特性曲线
o
十倍频
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2．二阶高通有源滤波器 (1) 电路组成
+ _ (2) 电路分析
即 式中
因电路的频率特性与f 的一次方有关 故称之为一阶RC有源滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
得
c. 滤波器的幅频特性
d. 相频特性
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
讨论幅频和相频特性 (a) (b) (c) 滤波器具有低通的特性。
wc、fc分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。
上页 下页 返回
由式
当w=wn时
或
知
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
0 –3 –40
幅频特性曲线
Q=10 5 2
1 0.707
0.5
1
10
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当
时
a. 特性有峰值。
0
b. Q值越大，尖峰 – 3 越高。
c. 当 时，电路 将产生自激振荡。
–40
d. 过渡带衰减 速度较快。
Q=10 5 2
模拟电子技术基础
7.3 有源滤波器
7.3.1 滤波器的基础知识 功能: 允许信号中某一部分频率的分量通过。 通带: 能够通过信号的频率范围。
阻带: 不能够通过信号的频率范围。
截止频率: 通带和阻带之间的分界频率。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
滤波器的分类
a. 根据处理的信号不同分为
模拟滤波器 数字滤波器
b. 根据使用的滤波元件不同分为
RC型 LC型 RLC型
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
c. 根据工作频率不同分为
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
理想滤波器的幅频特性
A
低
通
通
带
A
通
高
带
通
0
0
f
f
A
A
带 通
0
通 带
f
通通
带
带带
阻
0
f
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由
20lg|A(jw)|/dB
0
幅频特性曲线 幅频特性曲线
3dB –20dB/十倍频
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 一阶滤波器特点 a. 电路简单。 b. 过渡带的衰减慢，衰减速率20dB /十倍频。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2. 二阶有源低通滤波器
(1) 电路组成
组成: 由电阻、电容、电感等无源器件组成。
优点
电路简单 高频性能好
C
R
RL
工作可靠 通带信号有能量损耗
无源高通滤波器
缺点 负载效应比较明显
体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(b) 有源滤波器 组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。
电路体积小、重量轻。
其中 通带增益 品质因数 特征角频率
上页 下页 返回
模拟电子技术基础