有源、无源滤波器的设计及参数调整

创作时间:

作者:

@小白创作中心

有源、无源滤波器的设计及参数调整

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/weixin_73971287/article/details/144417094

滤波器是电子工程中常见的电路组件，用于过滤特定频率的信号。本文将介绍有源滤波器和无源滤波器的设计原理，并通过实验验证其性能。

一、滤波器介绍

滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

下图是滤波器的滤波作用示例：

滤波器按供电形式可分为有源滤波器和无源滤波器两种，有源滤波器包含放大装置以增加信号强度，而无源滤波器不包含放大装置以增强信号。具体描述见下：

A.有源滤波器:

由RC元件与运算放大器组成的滤波器，也称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围；

B.无源滤波器:

又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。最常用的无源滤波器设计是：

1.低通滤波器 – 低通滤波器仅允许从 0Hz 到其截止频率 ƒc 点的低频信号通过，同时阻断任何更高的信号。

2.高通滤波器 – 高通滤波器仅允许来自其截止频率ƒc点和更高到无穷大的高频信号通过，同时阻挡那些更低的信号。

3.带通滤波器 – 带通滤波器允许落在两点之间的特定频带设置内的信号通过，同时阻挡该频段两侧的较低和较高频率。

本次实验选择设计一个截止频率为482kHZ的无源低通滤波器以及二阶有源滤波器。

C.截止频率:

截止频率是指滤波器从通带到阻带或从阻带到通带的过渡点。在不同的滤波器类型中，截止频率的定义方式可能有所不同，但通常都是基于信号幅度的衰减来确定的。在截止频率处，系统的幅值响应通常下降到-3dB，故只需要修改参数使输出信号的波德图在-3dB时的频率在482kHZ处即可完成调试。

二、电路搭建

1.无源滤波电路：

一个简单的无源RC低通滤波器或LPF可以很容易地通过串联单个电阻器和单个电容器来制造，如下所示。在这种类型的滤波器布置中，输入信号（ Vin）用于串联组合（电阻器和电容器一起），但输出信号（ Vout）仅在电容器上取。

这种类型的滤波器通常被称为“一阶滤波器”或“单极点滤波器”

根据已学知识可知：

截止频率的计算公式为

那么可知，要满足截止频率为482kHZ的条件，RC必须要等于3.310^-7。

2.有源滤波电路：

二阶有源滤波器电路结构通常由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成。在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，不同的频段反馈的极性不相同。当信号频率远大于截止频率时，电路的每级RC电路的相移趋于-90º，两级RC电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，此时通过电容引到集成运放同相端的反馈是负反馈，使电压放大倍数减小，从而实现高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。

因为选择的是Sallen-Key拓扑结构的二阶有源低通滤波器，所以截止频率的计算公式为：

根据计算可知，要满足截止频率为482kHZ的条件，那么两个电阻的阻值的乘积和两电容值的乘积必须要为1.09*10^-13。