阶有源带通滤波器设计及参数计算

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。

176有源滤波器的设计一．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：ncuo u A j A 21)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω ， n=1，2，3，. . . （1）写成：ncuou 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 uoω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了 n=2 3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器 n=8 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。

0 ωC ω当 ω>>ωC 时，nc 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： lg20cuo u n A j A ωωωlg20)(-≈ （4） 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。

表1 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s 3 )1()1(2+⋅++L L L s s s4)184776.1()176537.0(22++⋅++L L L L s s s s1775 )1()161803.1()161807.0(22+⋅++⋅++L L L L L s s s s s6 )193185.1()12()151764.0(222++⋅++⋅++L L L L L L s s s s s s7)1()180194.1()124698.1()144504.0(222+⋅++⋅++⋅++L L L L L L L s s s s s s s8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++⋅++⋅++⋅++L L L L L L L Ls s s s s s s s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 = csω，ωC 是低通滤波器的截止频率。

二阶有源模拟带通滤波器设计摘要滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。

而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。

实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。

以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

通常用频率响应来描述滤波器的特性。

对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。

滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。

按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。

设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。

关键字：带通滤波器 LM324 RC网络目录目录 (2)第一章设计要求 (3)1.1基本要求 (3)第二章方案选择及原理分析 (4)2.1.方案选择 (4)2.2 原理分析 (5)第三章电路设计 (7)3.1 实现电路 (7)3.2参数设计 (7)3.3电路仿真 (9)1.仿真步骤及结果 (9)2.结果分析 (11)第四章电路安装与调试 (12)4.1实验安装过程 (12)4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。

4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

LC椭圆函数带通滤波器设计要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。

③运行Filter Solutions程序。

点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。

在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。

④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。

在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。

⑤点击“电路”按钮。

Filter s。

lutions提供了两个电路图。

选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。

⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。

带通滤波器的Q 值为：把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。

使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。

⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。

变换后的滤波器见图1（c）。

在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。

⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。

将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104，FSF=2πfe=1.0882×105。

最终的滤波器见图1（d）。

图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。

频率响应见图1（e）。

滤波器的主要参数滤波器的主要参数（Definitions) 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f 0 ，一般取f 0 =（f 1 +f 2 ）/2，f 1 、f 2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。

完整的有源滤波器设计
有源滤波器是一种特殊的电子滤波器，它使用运算放大器等有源元件来增强滤波性能。

有源滤波器可以实现更大的增益，并且具有较低的噪声和较高的带宽。

有源滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：
1.确定滤波器的类型：首先需要确定所需的滤波器类型，例如低通、高通、带通或带阻滤波器。

每种类型的滤波器有不同的应用和性能特点。

2.确定滤波器的规格：根据具体的需求，确定滤波器的截止频率、增益、带宽等规格。

这些规格将直接影响之后的设计过程。

3. 选择合适的滤波器拓扑结构：根据滤波器的规格要求，选择合适的滤波器拓扑结构。

常见的有源滤波器拓扑包括Sallen-Key拓扑、多反馈拓扑等。

4.设计滤波器电路：根据选择的滤波器拓扑，设计滤波器的电路图。

这包括选择合适的元件值和计算反馈网络。

5.仿真和优化：使用电子设计自动化软件（如SPICE）对滤波器电路进行仿真，并进行优化。

通过调整元件值和拓扑结构，使得滤波器能够满足规格要求。

6.PCB设计和布局：在完成滤波器电路的设计和优化后，进行PCB设计和布局。

在布局过程中，需要考虑信号路径的长度和干扰抑制等因素。

7.绘制电路图和元件布局：最后，根据PCB设计结果，绘制滤波器的电路图和元件布局图。

这将是完整的有源滤波器设计的最终结果。

有源滤波器的设计需要理解滤波器的基本原理和电路分析技术，并且需要具备电子电路设计和PCB设计的技能。

同时，设计师还需要充分考虑电路参数的影响，如运算放大器的增益带宽积、电源电压等。

通过合理的设计和优化，可以得到满足规格要求的高性能有源滤波器。

摘要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。

当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。

用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。

由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。

关键字：滤波器；集成运放；RC网络；有源滤波器The function of the filter is to make certain frequency within the scope of the signal, and the frequency by outside the scope curbed the signal or sharp attenuation. When the disturbance signal and the useful signal not in the same frequency range, can use filter to suppress the interference effectively.With LC network consisting of passive filter in the low frequency within the area, volume weight expensive and attenuation shortcomings, but with integrated op-amp and RC network consisting of active filter is more applicable to low frequency, in addition, it also has some of the gain, and because between the input and output has good isolation and facilitate cascade. Since most reflect the photoelectric signal has a physical information low frequency and amplitude small, vulnerable to interference, and characteristics of the RC active filters widely applied electric light weak signal detection circuit.Filter；integrated op-amp；RC network；active filter引言滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。

二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路是一种常见的电子电路，它能够在一定频率范围内通过信号，同时阻隔其他频率的信号，常用于音频处理、通信系统等方面。

本文将从以下几个方面详细阐述二阶有源带通滤波电路的原理、设计和应用。

第一步，阐述有源滤波器的基本原理。

有源滤波器是利用运算放大器的放大作用来实现滤波的电路，因此其具有较高的增益和稳定性，能够在较宽的频率范围内实现滤波，同时还能够通过调整电路参数来实现所需的滤波特性。

基本的有源滤波器包括有源低通滤波器、有源高通滤波器、有源带通滤波器和有源带阻滤波器。

第二步，讲解二阶有源带通滤波电路的设计。

在二阶有源带通滤波电路中，通常采用两个运算放大器进行级联，构成一个二阶电路结构。

在电路的输入端和输出端之间，通过一个带通滤波器来实现所需的频率范围内的有源增益，同时阻隔其他频率范围的信号。

该电路的设计主要包括电路参数的选择和运算放大器的配置等方面。

在参数设计时需要确保所选参数能够滤除杂波和噪声的同时保持信号的快速响应，同时在运算放大器的配置中要考虑放大器的增益和带宽等特性。

第三步，介绍有源带通滤波器的应用。

有源带通滤波器广泛应用于音频处理、无线通信系统、雷达信号处理等方面。

在音频处理中，可以通过有源带通滤波器来实现音乐合成、均衡器、调音台等功能，使得音频效果更加优美；在无线通信系统中，有源带通滤波器不仅能够滤除杂波和噪声，还能够增强所需频段的信号强度，提高系统的信号传输质量；在雷达信号处理中，有源带通滤波器能够滤除多普勒杂波和敌我干扰等干扰信号，提高雷达探测和目标识别的准确性。

通过以上三个方面的介绍，我们可以基本了解二阶有源带通滤波电路的原理、设计和应用。

二阶有源带通滤波电路在电子技术领域中有着广泛的应用，可以有效地滤除杂波、噪声和干扰信号，保持所需信号的清晰度和稳定性。

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。

在确保滤除谐波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。