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有源滤波器的幅频呼应特性、电路拓扑结构和完成规划

有源滤波器的幅频响应特性、电路拓扑结构和实现设计-有源滤波器是测试测量电路中经常会使用到的电路,大家也经常会看到诸哪MFB滤波器,巴特沃斯滤波器,等各种不同的说法,下面带大家一起来认识有源滤波器。

有源滤波器测验丈量电路中常常会运用到的电路,我们也常常会看到诸哪MFB滤波器,巴特沃斯滤波器,等各种不同的说法,下面带我们一起来知道有源滤波器。

一。滤波器的频率呼应

滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等四种,因为四种滤波器可彼此转化,本文为行文便利悉数以低通滤波器为例进行阐明。

抱负的低通滤波器幅频特性曲线如下图所示,即通带增益稳定,过渡带无穷小,过渡区域斜率无穷大,阻带增益为0。但这样抱负的幅频特性在实践傍边是不存在的。因而滤波器规划的中心问题,便是要核算出一个呼应曲线,依照规则的精确度迫临抱负状况的滤波器,并在实验室中制造完成。下图实线即为这样一条低通滤波器的实践呼应曲线。

实践电路规划遍及被我们承受的滤波器幅频呼应特性包含以下几种:巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,椭圆滤波器,贝塞尔滤波器等多种。

1.巴特沃斯滤波器

具有最大起伏平整度特性,运用该滤波器可获得尽可能平整的通带幅频呼应。高于截止频率的频带衰减具有适中的斜率,其脉冲呼应具有恰当的过冲及振铃。下图为不同阶数巴特沃斯滤波器的幅频呼应和时域呼应。

2.切比雪夫滤波器

与巴特沃斯型比较,此类滤波器在通带以外的衰减更为峻峭,但这是以献身通带内的纹波为价值的。切比雪夫滤切比雪夫滤波器的截止频率界说为呼应滚降至低于纹波带的频点。关于偶数阶滤波器而言,一切纹波均高于0 dB了益的直流呼应,因而截止频点坐落0 dB 衰减处。关于奇数阶滤波器来说,一切的纹波均低于0 dB了益的直流呼应,截止频率则界说为低于纹波带最大衰减点(- ripple dB的频点)。在极点数量一守时,添加通带纹波可完成更峻峭截止。相关于巴特沃兹滤波器而言,切比雪夫滤波器的脉冲呼应具有更大的振铃。

下图为此型滤波器的频域与时域呼应。

3.贝赛尔

也称为汤姆逊(Thomson)型滤波器。因为其线性相位呼应特性,使得此类滤波器具有最优的脉冲呼应(最小化过冲及振铃)功能。关于给定的极点数量而言,贝赛尔的幅频呼应并不如巴特沃兹平整,-3 dB 截止频率以外频带的衰减也不如巴特沃兹峻峭。虽然须选用更高阶的贝赛尔滤波器来迫临给定的巴特沃兹滤波器的幅频呼应,但考虑到贝赛尔滤波器的脉冲呼应保真度,添加必定的杂乱性(源于附加的滤波器部件)也是物有所值的。

下图此型滤波器频域呼应与时域呼应。

二。 滤波器电路拓扑结构

关于有源RC滤波器来说,单运放一般最高只能规划二阶滤波器,更高阶的滤波器由多个一阶或二阶滤波器串联而成。下面以二阶有源滤波器为例介绍常见滤波器拓扑结构。

1.MFB

也称为无限增益拓扑(或Rauch拓扑),对元件值改动的敏感度较低,因而较为常用,其典型电路拓扑如下图所示。

2.Sallen Key

在某些比如中,Sallen-Key拓扑证明更为优异。就经历规律而言,下列状况时,Sallen-Key拓扑更佳:

1)增益精度较为重要,

2)选用了单位增益滤波器,以及

3)极点对Q值较低(例如,Q 《3)

在单位增益时,因为运算放大器被用作单位增益缓冲器,使得 Sallen-Key拓扑具有了与生俱来的杰出增益精度。对MFB拓扑而言,增益则取决于R2/R1的电阻比值。单位增益Sallen-key拓扑还具有元件需求较少的优势(仅需两个电阻,MFB需三个电阻)。在使用于高Q值高频率滤波器部件之时,Sallen-Key拓扑也是可取的。在此类部件中,若选用MFB规划,C1值必需很低以得到合理的电阻值。下图为Sallen Key低通波器的典型电路图。

3.双二次型

双二次型与前面两种电路比较,需求运用更多的元件,但便于调整并具有很好的稳定性,在规划高阶滤波器进行多级级联时更有优势。

三。 滤波器规划

因为有源滤波器频率呼应特性核算杂乱,现在进行滤波器设计时一般选用核算机进行辅助规划。现在使用比较广泛的滤波器规划软件有Filter Solutions,FilterPro等专用软件。

责任编辑:gt

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