有源滤波器设计ppt课件

6.2有源滤波器的设计,1,6.2有源滤波器的设计,传感器的输出信号多数是微弱的电信号，在信号的处理、放大、传输以及传感器的本身等各个环节中，都很容易引进干扰信号。在严重情况下，这些干扰信号会淹没有用信号，以致于无法测量。在这种情况下，除了采用有效的抗干扰措施外，采用信号滤波技术是提高信躁比（S/N）的行之有效的方法。滤波器的作用是选出有用的频率信号，有用频率信号通过滤波器时，不衰减或有放大作用（对有源滤波而言），而抑制杂散的无用频率的信号，使其最大限度的衰减，从而提高信躁比。,2,滤波器分类,通常，称可以通过的频率范围为通带；不能通过的频率范围为阻带；通带与阻带的界限频率为截止频率，其频率特性用Q值来衡量，Q值越高，即灵敏度越高，频率选择特性越好，通带越窄。因此，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。按滤波器是否使用有源器件（放大器）来分，可分为有源滤波器和无源滤波器两大类。,3,一阶无源和有源低通滤波器见图6-1。图a是一阶无源RC低通滤波器，其传递函数为：图b是一阶有源低通滤波器，其传递函数为：式中，；为增益。图c是RC网络接到正输入端的一阶有源滤波器，设，其传递函数为：式中，为增益。,图6-1无源与一阶有源低通滤波器,4,表6-1无源滤波器与有源滤波器性能比较,有源滤波器在低频（1MHz）段使用时，具有更优越的性能。表6-1为有源滤波器与无源滤波器的性能比较。由表6-1可见，有源滤波器较无源滤波器具有无法比拟的优越性能。因此目前在音频信号处理、工业测量和控制领域已得到极为广泛的应用。,5,6.2.1低通有源滤波器的设计,低通滤波器的功能是：让直流到指定截止频率的低频信号通过，而高频分量信号受到很大的衰减，其通带为，为截止频率。图6-2为利用运放组成有限增益可控的有源二阶低通滤波器。设，利用节点电流法，则该有源滤波器的幅频特性可通过下面的联立方程求解：,图6-2有限增益二阶低通滤波器,6,因此可求得其传递函数为：上式是二阶低通滤波器的标准式。上式左右两边对比，可得：当已知和值时，则,7,6.2.2高通有源滤波器的设计,高通滤波器的功能是：让高于指定频率的信号通过，而使直流到指定阻带频率的低频分量受到衰减。只要低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容的位置互换，便成为高通滤波器。二阶高通滤波器见图6-3。图中，取；，则该电路的传递函数为：式中，；。,图6-3二阶高通有源滤波器,8,6.2.3带通有源滤波器的设计,其功能是：让有限带宽（）内的频率分量通过，而让此频率范围外的其他频率分量衰减。其带宽定义为：，其中和为滤波器的上、下截止频率。二阶有源带通滤波器见图6-4。由节点方程可求得其传递函数为：,图6-4二阶有源带通滤波器,9,为简化设计，常取，上式经简化并化成标准形式得：,对比上式可以看出：,10,6.2.4有源带阻滤波器的设计,其功能是：抑制某个频率范围内的频率分量，使其衰减，而让此频带以外的频率分量通过。幅频特性对称的带阻滤波器也称为“陷”波器。常用双T形选频网络和运放组成有源带阻滤波器，见图6-5。为了获得抑制范围更窄的幅频特性，将双T形网络中接地端改接到输出端。该电路的传递函数为：由式（6-9）和图6-5可以看出：；由上式可见，不能大于等于2，愈接近