低通濾波器

低通濾波器

低通濾波器(Low-pass filter)是容許低於截止頻率的信號通過,但高於截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。低通濾波器允許從直流到某個截止頻率(fCUTOFF) 的信號通過。多通(道)濾波器常用作帶通濾波器(圖1c),而且它還只需要一個運放。圖2所示電路使用三個運放,並且使用中央運放的目的僅是為了使總的反饋路徑為負反饋。在頻率f0處,阻尼值使輸出信號衰減。您可以級聯多個這樣的濾波器部分來得到一個更高階的(更陡峭的轉降)濾波器。

基本信息

種類

薩頓斯低通濾波器薩頓斯低通濾波器

高通與低通濾波器的最常見拓撲是Sallen Key。

高通

它只需一個運放(圖1a和1b)。多通(道)濾波器常用作帶通濾波器(圖1c),而且它還只需要一個運放。圖2及圖3示出了雙二階濾波器部分的拓撲。每種結構都能實現完整的通用濾波器傳遞函式。圖2所示電路使用三個運放,並且使用中央運放的目的僅是為了使總的反饋路徑為負反饋。帶開關電容器的相同濾波器只需兩個運放(圖3)。參考文獻1和2介紹了這些濾波器結構。

並且使用中央運放的目的僅是為了使總的反饋路徑為負反饋

低通

低通濾波器允許從直流到某個截止頻率(fCUTOFF) 的信號通過。將通用濾波器二階傳遞函式的高通和帶通係數均設為零,即得到一個二階低通濾波器傳遞公式:

對於高於f0的頻率,信號按該頻率平方的速率下降。在頻率f0處,阻尼值使輸出信號衰減。您可以級聯多個這樣的濾波器部分來得到一個更高階的(更陡峭的轉降)濾波器。假定設計要求一個截止頻率為10kHz的四階貝塞爾(Bessel) 低通濾波器。根據參考文獻1,每部分的轉降頻率分別為16.13及18.19 kHz,阻尼值分別為1.775及0.821,並且這兩個濾波器分區的高通、帶通和低通係數分別為0、0與1。您可以使用這兩個帶有上述參數的濾波器部分來實現所要求的濾波器。截止頻率為輸出信號衰減3 dB的頻率點。

有源低通濾波器

濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置,常用於信號處理、數據傳輸和干擾抑制等方面,有源低通濾波電路由集成運放和無源元件電阻和電容構成。它的功能是允許從零到某個截止頻率的信號無衰減地通過,而對其他頻率的信號有抑制作用。有源低通濾波電路可以用來濾除高頻干擾信號

基本概念

波電路的作用就是允許某段頻率範圍內的信號通過,而阻止或削弱其他頻率範圍的信號。有源濾波電路由電阻、電容和集成運算放大器組成,又稱為有源濾波器。有源濾波器能夠在濾波的同時還能對信號起放大作用,這是無源濾波無法做到的。根據濾波電路通過或者阻止信號頻率範圍不同,可將濾波電路分為低通、高通、帶通河帶阻電路。本文討論的是有源低通濾波電路的設計與仿真研究。有源低通濾波電路能夠通過低頻信號,抑制或衰減高頻信號

二階壓控電壓源低通濾波電路由兩個RC環節和同相比例放大電路構成。通過分析可知:當信號頻率大於截止頻率時信號的衰減率只有20dB/十倍頻。而且在截止頻率附近,有用信號也受到衰減。二階壓控有源低通濾波電路衰減可以達到40dB/倍頻。而且在截止頻率附近,有用信號可以得到一定提升。如果Q=0.707時,濾波器的幅頻特性最為平坦;如果Q>0.707時,幅頻特性將出現峰值。因此,我們後面要用到巴特沃斯歸一化方法設計電路圖參數

運放

運算放大器是目前套用最廣泛的一種器件,雖然各中不同的運放結構不同,但對於外部電路而言,其特性都是一樣的。運算放大器一般由4個部分組成,偏置電路,輸入級,中間級,輸出級,其中輸入級一般是採用差動放大電路(抑制電源),中間級一般採用有源負載的共射負載電路(提高放大倍數),輸出級一般採用互補對稱輸出級電路(提高電路驅動負載的能力)

運算放大器的性能指標包括5個,開環差模電壓放大倍數,最大輸出電壓,差模輸入電阻,輸出電阻,共模抑制比CMRR。(開環差模放大倍數是指集成運放在無外加反饋迴路的情況下的差模電壓的放大倍數。最大輸出電壓是指它是指一定電壓下,集成運放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。差模輸入電阻的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。輸出電阻的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。共模抑制比放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力,其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。

實際是有要求的。首先運放的輸入阻抗要足夠大,以免輸入阻抗對電路中的實際電阻產生過大的影響。其次運放的開環增益AV0要足夠大。但由於這些條件非常容易滿足,因此在設計有源二階低通濾波器時,不考慮。但在仿真時,不同的運放對濾波器的指標還是有影響的

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