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OPA741

2.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：

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。 7.考虑到电源电压浮动，按最小电源电压的一半设计，拟设计为 1.5V。 8.输入输出差分电压摆幅，最好是满摆幅。 9.噪声，来自电阻和运放，值得注意的是，构成高阶滤波器的各个 Biquad位置放置不同，噪声也会不同，适当时候也可以引进全通单元放 第一级来抑制噪声(全通还被用来平衡群延时)。 10.线性度，也是滤波器的一个重要的性能性指标，在模拟基带 电路中，一般用THD总谐波失真来衡量，也有看输入1dB压缩点的。

有源滤波器的设计

课程设计报告 题目：有源滤波器的设计 院（系）：南湖学院机电系 专业：电子信息工程 学生姓名：陈知 欧阳维俊 学号：24122201272 24122201254 指导教师：陈松 2014年4月22 日

目录 1设计任务 (2) 2 设计要求 (2) 3设计说明 (2) 4设计原理 (2) 5 制板及调试 (5) 5.1 DXP注意事项 (5) 5.2 制作pcb板的流程 (5) 5.３调试 (6) 6课程设计总结 (7) 附录 (9)

一、设计任务 1、设计一滤波； 2、已知某一信号含有两种成分：1000Hz、0.5V和10000Hz、5V两种正弦波信号由滤波器设计指标计算电路元件参数； 3、设计滤波器有效分离两种信号。 二、设计要求 1、设计1000Hz、0.5V和10000Hz、5V两个信号源； 2、设计一加法器，将产生的两个信号相加； 3、两信号源的误差不超过1%； 4、加法器输入端接地时，其输出噪声小于10mV； 5、最终分离的信号的幅度与原信号幅度之差不大于100mV。 三、设计说明 1、放大器可选用LM324、NE553 2、TL062\TL082等； 2、注意预留测试端子。 四、设计原理 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。从功能来讲有源滤波器分为：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

(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。 四、有源滤波器的设计 1. 二阶低通有源滤波器 （1）基本原理 常用的二阶低通有源滤波器如图所示。由于C1 接到集成运放的输出端，形成正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以又称之为二阶压控电压源低通滤波器。当C=C2=C时，称f o为电路的特征频率。通常，调试该电路，使其通带截止频率与一阶低通滤波器的相同，即f p=f0

(完整版)二阶有源带通滤波器设计及参数计算

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。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度

选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：

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OPA741 2.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：

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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

有源低通滤波器的设计

目录 一、绪论 (3) 1、需求分析 (3) 2、滤波器的功能及分类 (3) 3、滤波器的用途 (3) 二、设计内容及要求 (4) 三、有源低通滤波器原理分析 (4) 1、频域分析法 (4) 2、参数选择 (5) 3、实验原理图 (6) 四、实验数据表格及幅频特性曲线 (7) 1、实验数据表格 (7) 2、幅频特性曲线 (7) 五、实验结果及误差分析 (8) 六、结束语 (8) 七、引用文献 (8)

一、绪论 1.需求分析：测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围 的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或 者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想 到的就是利用一个理想的低通滤波器，将这些干扰信号全部剔除。但理想低通滤 波器仅在理论上存在，实际设计和应用的低通滤波器只能尽可能地逼近理想的低 通滤波器。 2.滤波器功能及其分类: 2.1滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。 2.2滤波器的分类：低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF） 3、滤波器的用途： 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号， 其中包含一些较高频率成分的干扰，可以让该信号通过低通滤波器滤除其中的高 频成分。

二、设计内容及要求 设计二阶有源低通滤波器，要求截止频率Hz f H 1500=；带通内电压放大倍数2=up A ，品质因数10=Q 。 三、有源低通滤波器原理分析 1、频域分析 如下图1所示，此电路的传递函数为 2 12112122 1212 2122112 11]1)2(1[11]0)1(1[)101(1 ) ()()(C C R R s C R A R s C C R R A R A sC R sC R sC R R R A s V s V s A up up up up i o U + -++= +-+++++= = 不妨令R R R ==21可得 2 12 122 12131 )(C C R s RC A s C C R A s A up up U +-+= 可知

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。而实际滤波器的通频带是实线所示。通频带和阻带的范围是不明显的，所以，人们定义：输出和输入相对幅度衰减3dB 处作为同频带的截止频率ω0。输出输入相对幅度比为 a ＝ -20log 10 |H(jω)| (3) 通频带的最大值A ＝1，对应a ＝0db 。3db 出为最大值的 1/2 (＝0。707)倍。所以，相对幅度大于0。707的频率范围称为通频带。 三、实验装置 本实验中使用的仪器有信号发生器毫伏表、示波器、有源滤波器和学生自己设计的有源滤波器。下面简述“有源滤波器”实验装置的组成，其方块原理图如图2所示。

完整版二阶有源带通滤波器设计及参数计算

滤波器是一种只传输指定频段信号，控制其他频段信号的电路。 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 网络组成，它拥有体积小、性能牢固等优点，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适用频率的信号，衰减无用频率的信号，控制搅乱和噪声，以达到提高信噪比或 选频的目的，所以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办理。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 相串通，就组成了 BPF ，而 LPF 与 HPF 并联，就组成 BEF 。在合用电子电路中，还可能同时采用几种不同样型式的滤波电路。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。 带通滤波器（ BPF ） （ a）电路图(b) 幅频特点 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只赞同在某一个通频带范围内的信号经过，而比通频带下限频率低和比上 限频率高的信号均加以衰减或控制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。 如图 1 （a ）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度

选择性 此电路的优点是改变 Rf 和 R4 的比率即可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1 ）采用图 2 电路。 2）该电路的传输函数： 质量因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：

有源带通滤波器的设计和计算

有源带通滤波器的设计和计算 摘要：有源带通滤波器是一种能够选择特定频率范围内的信号的滤波器。本文将介绍有源带通滤波器的设计和计算过程，包括滤波器的基本原理、电路结构、设计步骤以及计算示例。通过本文的学习，读者将能够理 解和应用有源带通滤波器。 1.引言 有源滤波器是一种利用有源元件（如放大器）进行信号处理的滤波器。其特点是具有较高的增益和较低的输入阻抗。有源带通滤波器是有源滤波 器的一种特殊类型，可通过选择滤波器的放大器和电容、电感等元件的参 数来选择特定频率范围内的信号。 2.滤波器基本原理 3.有源带通滤波器的电路结构 4.有源带通滤波器的设计步骤 4.1确定滤波器的通带和阻带范围 在设计有源带通滤波器之前，需要明确需要滤波的信号频率范围和传 输要求，以便确定滤波器的通带和阻带范围。 4.2选择合适的放大器 根据滤波器的通带增益要求和阻带衰减要求，选择合适的放大器。常 见的放大器类型有运算放大器和差动放大器等。 4.3计算电感和电容值

根据所需通带和阻带的上下限频率，使用标准公式计算电感和电容元 件的取值。具体的计算方法和公式将在下一节中详细介绍。 4.4选择合适的电阻值 根据放大器和电感电容的参数，选择合适的电阻值以满足设计要求。 4.5进行电路仿真和调整 使用电路仿真软件对滤波器进行仿真，并进行必要的参数调整和优化，以满足设计要求。 5.电感和电容的计算示例 假设需要设计一个带宽为10kHz的有源带通滤波器，通带增益要求为20dB，阻带衰减要求为-40dB。根据公式：f=1/(2π√(LC))，可以计算出 所需的电感和电容值。 6.结论 有源带通滤波器是一种能够选择特定频率范围内信号的滤波器。本文 介绍了有源带通滤波器的基本原理、电路结构、设计步骤以及电感和电容 的计算示例。通过学习本文内容，读者将能够理解和应用有源带通滤波器，设计和实现自己所需的滤波器。

【完整版毕业论文】巴特沃斯有源低通滤波器的设计

巴特沃斯有源低通滤波器的设计 摘要 随着社会科学技术的飞速发展，各种科技产品在人类社会中随处可见，极大的丰富了人们的日常生活。物联设备、可穿戴设备以及虚拟仪器产品在各种应用和消费场合变得极为普遍。就目前而言，在几乎所有的电子产品中，各种增益、带宽以及高性能的滤波器都发挥着至关重要的作用，例如可穿戴设备的语音信号输入系统中，运用高性能的低通滤波器进行语音信号的降噪、滤波、回声消除，来提高系统的音质和语音识别精准度等。 本论文通过对各种低通滤波器的通频带、增益和截止频率的分析，采用通频带最大扁平度技术（巴特沃斯技术）来设计实现四阶高性能低通滤波器，通过Multisum仿真软件，验证了设计的正确性。在这基础上，本文还对如何提高该滤波器的响应速度进行了研究，提出了一种有效的提高响应速度的方案，并通过仿真软件得以验证。这在低通滤波器的理论以及实际工程应用中，都具有非常重要的意义。 关键词：有源低通滤波器，巴特沃斯，运算放大器

Design of Butterworth Active Low Pass Filter ABSTRACT With the rapid development of social science and technology, various technological products can be seen everywhere in human society, which greatly enriches people's daily lives. IoT devices, wearable devices, and virtual instrument products have become extremely common in various applications and consumer occasions. For now, in almost all electronic products, various gains, bandwidths, and high-performance filters play a vital role. For example, in the voice signal input system of wearable devices, the use of high-performance low-pass The filter performs noise reduction, filtering, and echo cancellation of the speech signal to improve the sound quality of the system and the accuracy of speech recognition. In this paper, through the analysis of the passband, gain and cutoff frequency of various low-pass filters, the maximum flatness of the passband technology (Butterworth technology) is used to design and implement a fourth-order high-performance low-pass filter, through Multisum simulation software To verify the correctness of the design. On this basis, this paper also studies how to improve the response speed of the filter, and puts forward an effective scheme to improve the response speed, which is verified by simulation software. This is of great significance in the theory of low-pass filters and in practical engineering applications. KEYWORDS：active low-pass filter，butterworth，amplifier

有源高低通滤波器

176 有源滤波器的设计 三．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： n c uo u A j A 21)(⎪⎪⎭ ⎫ ⎝⎛+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u 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 uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器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。ω 当 ω>>ωC 时， n c 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： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4）

177 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。 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 = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由 2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n ，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：