《有源滤波器设计范例v30(双电源电路设计)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有源滤波器设计范例v30(双电源电路设计)（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电路设计实战宝典（侯长波） 一、低通滤波器的设计一、低通滤波器的设计 低通滤波器的设计是已知 o w（dB3-截止频率） 、 LP H0（直流增益） 、Q（在dB3-截止频 率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比） 三个参数来设计电路， 可选的电路形式为压 控电压源低通滤波器和无限增益多路反馈低通滤波器。下面分别介绍： （零） 一阶有源低通滤波器 图 0 一阶有源低通滤波器原理图 CR w R R KH o LP 2 1 2 0 1 - 【范例 0】 设计一有源低通滤波电路， 要求其截止频率 0 f为 10kHz， LP H0=10， 0 ff 处 的衰减速率不低于 20dB/10 频程
2、，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。 设计步骤： 1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。 （1）由衰减速率要求20ndB/十倍倍频40dB/十倍频程，算出n = 1。 （2）根据题目要求，选择一阶有源低通有源滤波电路形式。 2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。 （1）根据滤波器的特征频率 0 f选取电容 C 和电阻 R 的值。 电容 C 的大小一般不超过 1uF，电阻 R 取值为 k数量级。表 1 给出截止频率 0 f与电 容值的选择参考对照表。 表 1 截止频率与所选电容的参考对照表 0 f 10100Hz 0.11kHz 110kHz 10100kHz
3、 C 10.1uF 0.10.01uF 0.010.001uF 1000100pF 设电容 C 的取值为 1nF， k Cf R915.15 10110102 1 2 1 93 0 取标称值，kR16 模拟电路设计实战宝典（侯长波） （2）根据 LP H0确定电阻 1 R和 2 R的值 则kR6 . 1 1 （一）二阶压控电压源低通滤波器 图 1 二阶压控电压源低通滤波器原理图 112212212211 2211 0 1 1 1 1 CRCRCRCRCRCRK Q CRCR w R R KH o A B LP 由上式可知，可通过先调整 1 R来先调整 o w，然后通过调整K来调整Q值。 对于巴
4、特沃斯、切比雪夫、贝塞尔三种类型二阶 LPF 的Q值分别为 0.707、1、0.56。 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 1、等值元件 KRC 电路设计 令RRR 21 和CCC 21 ，简化上述各式，则 K Q RC w R R KH o A B LP 3 1 1 1 0 得出的设计方程为 AB o RKR Q K w RC ) 1( 1 3 1 由上式可知， LP H0值依赖于Q值大小。 为了将增益从现在的 old A降到另一个不同的值 new A， 应用戴维南定理，用分压器 A R1和 B R1取代 1 R，同时确保 o w 不受替换的影响，需符合 下式： 111 11 1 RRR RR
5、R AA BA BA B oldnew 电路连接如图 2 所示。 图 2 二阶压控电压源低通滤波器等值法原理图 2、参考运算放大器应用技术手册 （1）选取 C1 （2） 1010 2 11 CfCw R 模拟电路设计实战宝典（侯长波） （3）电容扩展系数) 1( 4 1 0 2 LP H Q m （4） 12 mCC （5）QRR2 1 （6） Qm R R 2 2 （7）选取 A R，则 ALPB RHR）（1 0 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 【范例 1】 设计一低通滤波电路，要求其截止频率 0 f为 10kHz，707. 0Q， 0 ff 处 的衰减速率不低于 40dB/10 频程，截
6、止频率和增益等的误差要求在10%以内。 设计步骤： 1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。 （1）由衰减速率要求20ndB/十倍倍频40dB/十倍频程，算出n = 2。 （2）根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。 2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。 （1）根据滤波器的特征频率 0 f选取电容 C 和电阻 R 的值。 电容 C 的大小一般不超过 1uF，电阻 R 取值为 k数量级。表 1 给出截止频率 0 f与电 容值的选择参考对照表。 表 1 截止频率与所选电容的参考对照表 0 f 10100Hz 0.11kHz 110kHz 10100kH
7、z C 10.1uF 0.10.01uF 0.010.001uF 1000100pF 设电容 C 的取值为 1nF， k Cf R915.15 10110102 1 2 1 93 0 取标称值，kR16 （2）根据 K 确定电阻 A R和 B R的值 5858. 1 707. 0 1 3 1 3 Q K 换算成对数为dB005. 45858. 1lg20 取 kRA1，则8 .585 B R，取标称值 590 （3）如果修改增益为 1，则 kRR RR R BA BA B 915.15 5858. 11 11 11 1 计算可得 kR kR B A 084.43 239.25 1 1 3如果有
8、灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 备注：二阶压控电压源低通滤波器存在高频馈通现象。 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 【范例 2】设计一低通滤波电路，要求其截止频率 0 f为 10kHz，707. 0Q，直流增益 LP H0=10， 0 ff 处的衰减速率不低于 40dB/10 频程， 截止频率和增益等的误差要求在 10%以内。 1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。 （1）由衰减速率要求20ndB/十倍倍频40dB/十倍频程，算出n = 2。 （2）根据题目要求，选择二阶压控电压源低通有源滤波电路形式。 2根据传
9、输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。 （1）根据滤波器的特征频率 0 f选取电容 C 和电阻 R 的值。 电容 C 的大小一般不超过 1uF，电阻 R 取值为 k数量级。表 1 给出截止频率 0 f与电 容值的选择参考对照表。 表 2 截止频率与所选电容的参考对照表 0 f 10100Hz 0.11kHz 110kHz 10100kHz C 10.1uF 0.10.01uF 0.010.001uF 1000100pF （1）选取 C1，设电容 1 C的取值为 1nF，则 k Cf R915.15 10110102 1 2 1 93 0 （2）电容扩展系数5 . 91-10 707.
10、04 1 ) 1( 4 1 2 0 2 ）（ LP H Q m （3）nFmCC5 . 9 12 （4）22.512k915.15707. 022 1 QRR （5） 1.1848k 5 . 9707. 02 915.15 2 2 Qm R R （6）选取 A R=1k，则kRHR ALPB 91 0 ）（ 3如果有灵敏度的要求，再进一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 模拟电路设计实战宝典（侯长波） （二）二阶无限增益多路反馈低通滤波器（二）二阶无限增益多路反馈低通滤波器 图 3 二阶无限增益多路反馈低通滤波器原理图 3223 2 132 21
11、2312 1 3 0 1 - RRRRRRR CC Q CRCR w R R H o LP 由上式可知，可通过先调整 3 R 来先调整 o w ，然后通过调整 1 R来调整Q值。 参考运算放大器应用技术手册 （1）选取 C2 （2） 2020 2 11 CfCw R （3） 20 2 1 )1(4CHQC LP （5） LP QH R R 0 1 2 （6） ) 1(2 0 2 LP HQ R R （7） Q R R 2 3 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 【范例 3】 设计一低通滤波电路， 要求其截止频率 0 f为 10kHz，707. 0Q， 通带增益 H=10， 0 ff 处的衰减速率不
12、低于 40dB/10 频程，截止频率和增益等的误差要求在10%以内。 1首先选择电路形式，根据设计要求确定滤波器的阶数n。 （1）由衰减速率要求20ndB/十倍倍频40dB/十倍频程，算出n = 2。 （2）根据题目要求，选择无限增益多路反馈低通有源滤波电路形式。 2根据传输函数等的要求设计电路中相应元器件的具体数值。 （1）根据滤波器的特征频率 0 f选取电容 C 和电阻 R 的值。 电容 C 的大小一般不超过 1uF，电阻 R 取值为 k数量级。表 1 给出截止频率 0 f与电 容值的选择参考对照表。 表 3 截止频率与所选电容的参考对照表 0 f 10100Hz 0.11kHz 110k
13、Hz 10100kHz C 10.1uF 0.10.01uF 0.010.001uF 1000100pF （1）选取 C2，设电容C2的取值为 1nF，则 k Cf R915.15 10110102 1 2 1 93 0 （2）nFnFCHQC LP 22111 2 1 4) 1(4 20 2 1 （3） k QH R R LP 126. 1 10707. 02 915.15 2 0 1 （4） k HQ R R LP 023. 1 110707. 02 915.15 ) 1(2 0 2 ）（ （5） k Q R R256.11 707. 02 915.15 2 3 3如果有灵敏度的要求，再进
14、一步根据灵敏度对元件参数值的误差和稳定性提出限制。 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 二、带通滤波器的设计二、带通滤波器的设计 带通滤波器的设计是已知 o w （中心频率） 、 BP H0（谐振增益） 、Q（ BP f Q 0 ， BP 为带通滤波器带宽）三个参数来设计电路，可选的电路形式为压控电压源带 通滤波器和无限增益多路反馈带通滤波器。下面分别介绍： （一）二阶压控电压源带通滤波器 图 4 二阶压控电压源带通滤波器原理图 22111221112231 31 212131 0 2211 31 11 1 )1 ()1 (1 1 CRCRCRCRCRCRRRK RR Q RRCCRRK K H CRCR RR w BP o 式中， A B R R K1 由上式可知，可通过先调整 1 R来先调整 o w ，然后通过调整K来调整Q值。 1、等值元件 KRC 电路设计 如果32Q，令RRRR 321 和CCC 21 ，简化上述各式，则 K Q K K H RC w BP o 4 2 4 2 0 模拟电路设计实战宝典（侯长波） 得出的设计方程为 AB o RKR QK w RC ) 1( 24 2 由上式可知，K 值依赖于Q值大小。 为了将增益从现在的
