(完整版)有源滤波器的设计

姓名：xxx 班级：XXX

学号: xxx

目录

＞基本介绍

「作原理

「、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

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。

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PW啲调制信号，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PWMi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。 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。

1. 二阶低通有源滤波器 1）基本原理

常用的二阶低通有源滤波器如图所示。 由于 C1 接到集成运放的输出端， 形成 正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制， 且输出电压近似为恒压 源，所以又称之为二阶压控电压源低通滤波器。当

C=C2=C 时，称fo 为电路的特

征频率。通常，调试该电路，使其通带截止频率与一阶低通滤波器的相同，

在确保滤

台匕

四、 有源滤波器的设计

即 f p=f 0 。

单端正反馈型低通滤波器

如图所示电路中，虽然由C 引入了正反馈，但是，若fvvf P ,则由于G 的容 抗很大，反馈信号很弱，因而对电压放大倍数的影响很小；若 fvvf P ，则由于C2

的容抗很小，集成运放同相输入端的信号很小， 输出电压必然很小，反馈作用也 很弱，因而对电压放大倍数的影响也很小。所以，只要参数选择合适，就可以使

f=f p 附近的电压放大倍数因正反馈而得到提到，从而使电路更接近于理想低通滤

波器。

二阶低通有源滤波器主要性能如下: ① 通带电压放大倍数

二阶LPF 的通带电压放大倍数就是频率f=0时的输出电压与输入电压之比, 因此也就是同相比例放大器的增益：

R F

Aup 1

R

② 传递函数

A Up

1 (3 代p )j RC (j RC)2

A Up

其中s j

③ 品质因数

Q

—1—

3 A up

④ 幅频特性

电路的幅频特性曲线如图所示，不同 Q 值将使幅频特性具有不同的特点。

A(s)

1 (3 A up )sRC (sRC)2

(2)设计方法

式可推导出R 和R 。

由此该设计方法对要求特性保持一定 fo 而在较宽范围内变化的情况比较适 用，但必须使用精度和稳定性均较高的元件。

2. 二阶高通有源滤波器 (1)基本原理

二阶高通滤波器和二阶低通滤波器几乎具有完全的对偶性， 即将二阶低通有 源滤波器电路中的R 和C 的位置互换，就构成了典型的单端正反馈二阶高通滤波 器，如图所示。二者的参数表达式与性能也有对偶性。当 Ri=R=R G=^=C 时,

其主要性能如下:

20lg|A u /A u p |/dB

f/f o

单端正反馈型低通滤波器幅频特性

F 面介绍设计二阶低通有源滤波器时选用

RC 的方法。

已知 R=R=R, C=G=C,则

1 2 RC

其中，由上式得知，fo 、Q 可分别由R 、

f o

C 值和运放增益的变化来单独调整,

相互影响不大。若已知 Q 值，贝U 由式4-8-4

得通带电压放大倍数Aup ,近而由上

单端正反馈型高通滤波器

① 通带电压放大倍数

A up iR

② 传递函数

③ 品质因数

Q

—1—

3

A

up

④ 幅频特性

电路的幅频特性曲线如图所示，不同 Q 值将使幅频特性具有不同的特点。

20lg|A u /A u p |/dB

A(s) (j RC)2

1 (3 Ap)j RC (j RCr^P

(sRC)2

1 (3 A up )sRC (sRC)

2 Aup

f/f 0

单端正反馈型咼通滤波器幅频特性

(2)设计方法

二阶高通有源滤波器中R、C参数的设计方法也与低通滤波器相似，详见低通滤波器设计方法。

3.二阶带通有源滤波器

带通滤波器(BPF能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽

Bvy滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率fo的频率点上。带通滤波器的带

宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质Q越高。

只要将二阶低通滤波器中的一阶RC电路改为高通的接法，就构成了二阶带

通滤波器。如图所示电路就是典型的单端正反馈型二阶带通滤波器。当Ri=F2=R Ci=G=C时，其主要性能如下:

二阶带通滤波器

①传递函数

j RC

1 (3 A up)j RC (j RC)2代P

A(s)

sRC A

1 (3 A up )sRC (sRC)

2 p

其中A up 1为同相比例放大电路的电压放大倍数

②中心频率和通带放大倍数

1

0 2 RC

Ajp

3 A up

③通带截止频率和通带宽度

p1 p2 yh/(3 A up)24 (3 A up)] yh/(3 A up)24 (3 A up)]

BW f p2 f pi (3 A up) f o (2 R F R

f)f0

④品质因数

Q —1—

3 A up

⑤幅频特性

电路的幅频特性曲线如图4-8-9所示，不同Q值将使幅频特性具有不同的特点。Q值越大，通带宽度越窄，选择性也越好。

20lg|A u/A u p|/dB

f/f o

二阶带通滤波器幅频特性

3.二阶带阻有源滤波器

如图示电路就是典型的单端正反馈型二阶带阻滤波器。当Ri=R2=R C=G=C 时，其主要性能如下:

二阶带阻滤波器

①传递函数

1 (j RC)2

1 2(

2 A up)j RC (j RC)2A p

A(s)

1 (sRC)2

A 1 2(2 Ap)sRC (sRC)2 p

②中心频率和通带放大倍数

1

0 2 RC

A Up

A0 3 Ap ③通带截止频率和通带宽度

pi P2 ¥[J(3 A up)24 (3 A up)] 知(3 A up)24 (3 A up)]

BW f p2 f pi (3 A up) f o (2 R F R

f)f0

④品质因数

⑤幅频特性

电路的幅频特性曲线如图所示，不同Q值将使幅频特性具有不同的特点。

20lg|A u/A u p|/dB

f/f 0

二阶带阻滤波器幅频特性

五、设计实例

有源低通滤波器的设计

原理图设计

低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。

如图a所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。

图（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

滤波器的传输函数与性能参数

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,

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, 器带宽

限制，这类滤波器仅适用于低频范围，根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦响应和切比雪夫等波动响应。在不许带内有波动时，用巴特沃斯响应较好，如果给定带内所允许的纹波差，则切比雪夫响应较好。

1.滤波器的传输函数

二阶RC滤波器的传输函数表

类型传输函数性能参数

低通垃电压增益

-fl] J J • ■

F +昱s +詔

3 H

叫一一低通滤波器的截止角频率

2.单元电路性能参数

Ri 1 Oh ftf IflK

I，II I——1=1——

丄h

—pH

十

+

H 47K K 仆

ui 匚J -------- 「20

17怯

二阶低通滤波器

其功能是让一定

因受运算放大

低通滤波器

% 二阶低通滤波器的通带增益

打=[

" 沁截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

5一心品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频

特性的形状。

元件参数的计算

二阶低通滤波器

二阶低通滤波器性能参数表达式为

3 C2=1 / (CGRR) (2.2.1.1)

Q=0.707

3 C/Q=1/R I C+1/艮C+(1+A)/R 2C (2.2.1.2)

A V=1+R/R3 (221.3)

工作原理

滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤

波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受

到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器 有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频 信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电 路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路，带阻滤波 器和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减 或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。

组装与调试

有源滤波器的设计过程较为复杂，设计前需要对模拟电子技术的基础 知识能够熟练地掌握并应用，通过查询相关资料，了解有源滤波器的工作 原理功能应用，设计过程中要认真仔细，完成设计的过程是对基础知识的 进一步掌握。

、•

八总结

二阶低通滤波器MultiSim 电路图

二阶低通滤波电路

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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

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PW 啲调制信号，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除谐波 在确保滤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。 四、有源滤波器的设计 1. 二阶低通有源滤波器 （1）基本原理 常用的二阶低通有源滤波器如图所示。由于C1 接到集成运放的输出端，形成正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以又称之为二阶压控电压源低通滤波器。当C=C2=C时，称f o为电路的特征频率。通常，调试该电路，使其通带截止频率与一阶低通滤波器的相同，即f p=f0

有源滤波器设计范例

有源滤波器设计范例 有源滤波器是一种仪器或电路，通过放大合适频率的信号，削弱不需要的频率的信号。它由被放大的信号源、滤波器和放大器组成。有源滤波器常用于音频、通信和信号处理等领域。下面我们将介绍一个有源滤波器的设计范例。 设计目标： 设计一个低通滤波器，截止频率为1kHz，增益为20dB。输入信号幅度为1V，输出信号幅度应保持一致。 设计步骤： 1.确定滤波器的类型和截止频率，由于我们需要一个低通滤波器，因此需要选择适合的操作放大器模型。选择一个高增益的运放模型，比如OPA741 2.确定滤波器的放大倍数，根据增益的要求，我们选择放大20dB，即放大倍数为10。 3.计算滤波器的截止频率，根据设计目标，截止频率为1kHz。根据低通滤波器的特性，我们可以选择使用一个RC电路来实现，其中R为电阻，C为电容。 4. 计算滤波器的电阻和电容值，根据截止频率的公式，截止频率 fc=1/(2πRC)。根据给定的截止频率和选择的电阻值，计算出需要的电容值。 5.确定滤波器电阻和电容的实际可选择值，根据常用的电阻和电容系列，选择最接近计算得出的值的标准值。

6.绘制滤波器电路图，将运放、电阻和电容按照设计要求连接起来。根据电路图，选择合适的电阻和电容标准值。 7.测试和调整滤波器，将设计好的电路安装到实际的电路板上。连接一个信号发生器作为输入信号源，通过示波器测量输出信号的幅度。 8.监测滤波器输出信号的幅度，根据设计目标，输出信号应与输入信号保持一致，即保持1V的幅度。 9.调整滤波器的增益，通过调节电阻或电容的值，使输出信号的幅度达到1V。 10.测试滤波器截止频率的准确性，使用频谱仪监测滤波器输出信号的频率特性。确保滤波器截止频率符合设计要求。 11.优化滤波器设计，根据测试结果和实际需求，对滤波器电路进行调整和优化，以获得更好的性能。 总结：

(完整版)有源滤波器的设计

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

(完整版)有源滤波器的设计

姓名：xxx 班级：XXX

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目录 ＞基本介绍 「作原理 「、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

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。 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PW啲调制信号，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PWMi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

有源带通滤波器设计讲解

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。 4.2.2 解决方法 .................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)

完整的有源滤波器设计说明书

一．项目意义与目标 意义：本项目通过一个比较综合的、能覆盖《模拟电子技术》这门课程的大部分内容的三级项目，使我们能将整个课程的内容串联起来，实现一个系统的功能，巩固整个课程的学习内容，为以后学习和设计提供良好的模拟电子线路知识。本次有源滤波器设计主要注重的是电子电路的设计、仿真，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，在加深对知识的理解基础上，进一步培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。 目标：掌握有源滤波器的分析和设计方法，学习有源滤波器的调试、幅频特性的测量方法，通过仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响，尝试着制作实物来验证理论以及仿真求得的结果并比较三者之间的差距。 二．项目内容与要求 内容：滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。有源滤波器是由集成运放、R、C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频限制，这种滤波器主要用于低频范围。 要求：在模电课程对有源滤波器所学到的知识的基础上，设计出一阶低通有源滤波电路，一阶高通滤波电路，二阶低通滤波电路，二阶高通滤波电路，二阶带通滤波电路，二阶带阻滤波电路。研究和设计其电路结构、传递函数，并对有关参数进行计算，再利用multisim 软件进行仿真，组装和调试各种有源滤波器，探究其幅频特性。经过仿真和调试，观察效果。由滤波电路的曲线可以看出通带的电压放大倍数、通带上限截止频率，下限截止频率，特征角频率等的实际值，与计算出的理论值相比较，分析误差。

完整的有源滤波器设计

完整的有源滤波器设计 有源滤波器（Active Filters）是一种结合了有源元件（如运算放大器）和无源元件（如电容和电感）的滤波器。它能够在实现滤波的同时提 供增益，具有较高的性能和灵活性。 有源滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤 波器四种类型。设计有源滤波器的步骤如下： 1.确定滤波器的类型和参数。根据应用需要确定是低通、高通、带通 还是带阻滤波器，并确定所需的截止频率、增益等参数。 2.选择合适的运算放大器。根据滤波器的性能要求（如增益、带宽等）选择合适的运算放大器。常见的运算放大器有理想放大器、差分运算放大 器等。 3.设计基本滤波器电路。根据滤波器的类型选择合适的基本电路结构，如RC电路、RL电路、LC电路等。对于高阶滤波器，可以将多个级联的基 本电路结合起来。 4.计算元件数值。根据滤波器的参数和基本电路结构，计算出电容、 电感和电阻的数值。可以使用公式、图表或计算软件进行计算。 5.进行电路布局和仿真。将元件连接起来并进行布局，确保电路的可 实现性。使用电路仿真软件对滤波器进行仿真，检验滤波器的性能是否满 足要求。 6.优化电路设计。根据仿真结果进行电路的优化设计，可以调整元件 数值或结构以获得更好的性能。同时考虑元件的可用性和成本，选择合适 的元件进行设计。

7.制作和测试滤波器。根据设计好的电路图，制作实际的滤波器电路板。使用测试仪器对滤波器进行测试，检验其性能是否与设计要求相符。 此外，还需要注意以下几个问题： 1.受限频率和相移问题。有源滤波器中的运算放大器会引入有限的增 益带宽积（GBP），使得滤波器在高频段的性能有所下降。同时，运算放 大器还会引入相移，需要进行相位校正。 2.稳定性问题。有源滤波器中的运算放大器具有开环增益，需要对其 进行稳定性分析和补偿设计，以避免振荡和失稳现象。 3.噪声问题。有源滤波器中的运算放大器会引入噪声，影响滤波器的 性能。需要进行噪声分析和抑制设计，以降低噪声水平。 总结起来，设计有源滤波器需要确定滤波器类型和参数，选择合适的 运算放大器，设计基本滤波器电路，计算元件数值，进行电路布局和仿真，优化电路设计，制作和测试滤波器。同时还需要注意受限频率和相移问题、稳定性问题和噪声问题。在设计中需要综合考虑滤波器的性能要求、可用 资源和成本等因素，以获得满足实际应用需求的有源滤波器设计。

有源滤波电路毕业设计

有源滤波电路毕业设计 有源滤波电路毕业设计 引言： 在电子工程领域，滤波器是一种常见的电路组件，用于去除信号中的噪声或不 需要的频率成分。滤波器可以分为有源滤波器和无源滤波器两种类型。本文将 讨论有源滤波电路的设计和实现，以及其在毕业设计中的应用。 一、有源滤波电路的基本原理 有源滤波电路是利用有源元件（如放大器、运算放大器等）来实现滤波功能的 电路。其基本原理是将输入信号经过放大器放大后，再通过滤波器进行频率选择，最后输出滤波后的信号。 二、滤波器的分类 根据滤波器的频率特性，可以将滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤 波器和带阻滤波器四种类型。在毕业设计中，根据具体需求选择合适的滤波器 类型非常重要。 三、有源低通滤波器的设计与实现 有源低通滤波器是指能够通过的频率低于截止频率的信号，而抑制高于截止频 率的信号。其设计过程包括选择合适的放大器和滤波器电路，并进行电路参数 计算和仿真验证。 1. 放大器选择 在有源滤波器中，放大器起到信号放大和频率选择的作用。常用的放大器有运 算放大器和差分放大器。根据设计需求，选择合适的放大器是设计成功的关键。 2. 滤波器电路设计

有源低通滤波器的滤波器电路可以采用多种形式，如RC电路、RL电路、LC电 路等。根据具体需求选择合适的滤波器电路，并进行电路参数计算和仿真验证，以保证设计的准确性和性能。 3. 电路参数计算与仿真验证 在设计有源滤波电路时，需要根据具体要求计算电路参数，如截止频率、增益等。通过电路仿真软件进行验证，可以评估电路的性能和稳定性。 四、有源高通滤波器的设计与实现 有源高通滤波器是指能够通过的频率高于截止频率的信号，而抑制低于截止频 率的信号。其设计过程与有源低通滤波器类似，只是需要选择合适的放大器和 滤波器电路。 五、有源带通滤波器的设计与实现 有源带通滤波器是指能够通过一定频率范围内的信号，而抑制其他频率的信号。其设计过程包括选择合适的放大器和带通滤波器电路，以及进行电路参数计算 和仿真验证。 六、有源带阻滤波器的设计与实现 有源带阻滤波器是指能够抑制一定频率范围内的信号，而通过其他频率的信号。其设计过程与有源带通滤波器类似，只是需要选择合适的放大器和带阻滤波器 电路。 七、有源滤波电路在毕业设计中的应用 有源滤波电路在毕业设计中有着广泛的应用，如音频信号处理、通信系统、生 物医学工程等。通过合理选择滤波器类型和参数，可以实现对特定频率范围内 信号的处理和分析。

完整的有源滤波器设计

完整的有源滤波器设计 有源滤波器是一种滤波器，其输出由一个或多个有源元件提供，如差 动放大器或运算放大器。这种滤波器能够通过增益或阻抗变换来滤除特定 频率的信号，是电子工程中常见的设计。 有源滤波器的设计是一个综合考虑电路拓扑结构、元件参数选择和频 率响应的过程。下面我们以低通滤波器为例，介绍完整的有源滤波器设计。 步骤1：确定滤波器类型和规格 首先，明确需要设计的滤波器类型，例如低通、高通、带通或带阻。 然后确定滤波器的参数，如截止频率、通带增益、阻带衰减等。这些规格 将指导后续设计的具体步骤。 步骤2：选择合适的滤波器结构 根据滤波器的规格，选择合适的滤波器拓扑结构。常见的有源滤波器 结构包括薄膜滤波器、差分放大器滤波器和运算放大器滤波器等。每个结 构都有其优点和限制，例如薄膜滤波器适用于高频应用，而差分放大器滤 波器适用于差模滤波。 步骤3：计算滤波器的元件数值 根据滤波器结构和规格，计算所需元件的数值。这包括电阻、电容和 电感元件的数值。设计时需要注意元件的可获得性和成本，以及可能的非 线性效应和温度漂移等。 步骤4：对滤波器进行频率响应分析

利用频率响应分析工具，如传输函数、网络分析仪或计算机辅助设计 软件，对滤波器进行频率响应分析。通过改变元件数值或拓扑结构，优化 滤波器的频率响应，以满足设计规格。 步骤5：绘制电路图和布局 根据滤波器的设计，绘制出滤波器的电路图。需要注意的是，布局和 连接方式应考虑电路的稳定性和性能特点。 步骤6：模拟仿真和性能评估 利用模拟仿真软件，如SPICE或MATLAB，对滤波器进行模拟仿真。 通过仿真结果，评估滤波器的性能，检查是否满足设计规格。如果有必要，进行调整和再次仿真。 步骤7：原理验证和实验测试 根据仿真结果，建立实际的滤波器原理验证电路。通过实验室测试， 验证滤波器的性能和可靠性。可能需要对滤波器进行微调和校准，以满足 设计规格。 步骤8：性能优化和改进 根据实验结果，进一步优化和改进滤波器的性能。这可能包括元件替换、增加补偿电路或改变电路参数等。通过不断调整和改进，提高滤波器 的性能和可靠性。 通过以上的步骤，可以实现一个完整的有源滤波器设计。这些步骤涵 盖了滤波器设计的关键方面，从滤波器规格确定到实验测试，以及性能优 化和改进。设计一个满足特定要求的有源滤波器需要充分考虑电路拓扑、

有源带通滤波器的设计和计算

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。

matlab有源滤波器设计

matlab有源滤波器设计 关于MATLAB中有源滤波器设计，本文将系统地回答以下问题，以帮助读者了解该主题： 1. 什么是有源滤波器设计？ 2. MATLAB中有源滤波器设计的基本步骤是什么？ 3. 如何选择滤波器类型和规格？ 4. 如何进行有源滤波器的设计和仿真？ 5. 如何评估设计的性能？ 6. 如何实现和测试设计的有源滤波器？ 接下来，我们将逐个回答这些问题，带您深入了解MATLAB中有源滤波器设计的流程和方法。 1. 什么是有源滤波器设计？ 有源滤波器是一种通过操纵电子器件来调整信号频率响应的滤波器。与被动滤波器（如电感、电容和电阻组成的滤波器）不同，有源滤波器使用了一种或多种能够放大信号的有源元件，例如运算放大器。有源滤波器具有更大的设计灵活性和可调节性，因此在许多应用中得到广泛使用。 2. MATLAB中有源滤波器设计的基本步骤是什么？ 有源滤波器设计的基本步骤包括以下几个方面： - 确定滤波器类型：根据应用需要选择合适的滤波器类型，例如低通、高通、带通或带阻滤波器。 - 确定滤波器规格：确定所需的频率响应特性，例如截止频率、

通带增益、阻带衰减等。 - 进行滤波器设计：根据滤波器类型和规格，选择合适的电路拓扑结构和元件数值，并使用MATLAB中的工具进行电路设计。 - 进行滤波器仿真：通过MATLAB进行电路仿真，评估设计的性能并进行必要的调整。 - 分析和优化：通过MATLAB工具进行性能分析，如参数灵敏度分析、频率响应分析等，并根据需要进行设计优化。 3. 如何选择滤波器类型和规格？ 选择滤波器类型和规格的关键是理解应用的需求。例如，如果需要滤除特定频率下的噪声，可以选择一个合适的带通或带阻滤波器。根据所需的频率响应特性，确定信号的截止频率、通带增益、阻带衰减等参数，这些参数将指导后续设计和仿真过程。 4. 如何进行有源滤波器的设计和仿真？ 有源滤波器的设计和仿真可以通过MATLAB中的工具和函数来实现，例如使用MATLAB的“Filter Designer”应用或使用信号处理工具箱中的函数。以下是基本步骤： - 使用MATLAB中的滤波器设计工具或命令，选择适当的滤波器类型和规格。 - 根据滤波器类型和规格，设计出相应的电路拓扑结构和元件数值。 - 使用MATLAB中的电路仿真工具，如“Simulink”模块或“Simscape电气库”，对设计进行仿真。

有源滤波器的设计

有源滤波器的设计 有源滤波器是一种电子滤波器，能够通过引入放大器的反馈来实现滤波功能。与被动滤波器相比，有源滤波器具有更大的增益、更高的准确性和更好的控制性能。本文将介绍有源滤波器的设计步骤和常用类型。 有源滤波器的设计步骤如下： 第一步是确定滤波器的类型。根据滤波器的频率响应需求，可以选择低通、高通、带通或带阻滤波器。低通滤波器允许低频信号通过，高通滤波器允许高频信号通过，带通滤波器允许特定频率范围内的信号通过，而带阻滤波器则阻止特定频率范围内的信号通过。 第二步是选择滤波器的放大器类型。常见的有源滤波器放大器类型包括运放（operational amplifier）放大器和差分放大器（differential amplifier）。运放是一种高增益、低失真的放大器，适用于大部分有源滤波器设计。差分放大器则适用于需要更高增益和更好性能的应用。 第三步是选择滤波器的架构。有源滤波器的架构包括多级放大器和单级放大器。多级放大器滤波器能够实现更高的滤波器阶数和更陡的滚降斜率，但会增加滤波器的复杂度和成本。单级放大器滤波器则适用于只需要低阶滤波器的简单应用。 第四步是确定滤波器的频率响应要求。根据应用的需求，确定滤波器的截止频率和通带增益。截止频率是滤波器在频率响应中的一个分界点，通带增益是滤波器在通带范围内的增益。 第五步是选择滤波器的元件数值。根据滤波器的频率响应和放大器的特性，选择适当的电容和电阻数值。电容和电阻的数值决定了滤波器的截止频率和通带增益。同时，还需要根据放大器的工作电压确定电源电压。

第六步是根据设计要求绘制滤波器电路图。根据选择的放大器类型和 滤波器架构，绘制电路图并确定元件的布局和连接方式。 第七步是进行滤波器的仿真和测试。使用电子设计自动化（EDA）软 件对滤波器进行仿真，验证滤波器的性能是否满足设计要求。如果有必要，可以进行实际电路的测试，并根据测试结果进行调整和优化。 有源滤波器常用的类型有以下几种： 第一种是差分放大器滤波器。差分放大器滤波器能够通过引入差分输 入信号来增强滤波器的抗干扰能力。差分放大器滤波器常用于需要高抗干 扰性能的应用，如音频放大器和无线通信系统。 第二种是Sallen-Key滤波器。Sallen-Key滤波器是一种双极性（bipolar）滤波器，采用两个电容和两个电阻来实现滤波功能。Sallen-Key滤波器结构简单、稳定性好，常用于音频和语音信号处理。 第三种是双向滤波器。双向滤波器是一种具有双向传输通道的滤波器，能够同时对正向和反向信号进行滤波。双向滤波器常用于音频信号处理和 通信系统中，能够实现双向通信和信号处理功能。 总之，有源滤波器的设计需要经过确定类型、选择放大器类型、选择 架构、确定频率响应要求、选择元件数值、绘制电路图和进行仿真测试等 步骤。常用的有源滤波器类型包括差分放大器滤波器、Sallen-Key滤波 器和双向滤波器。有源滤波器的设计能够满足不同应用的滤波需求，并具 有较高的增益、准确性和控制性能。

有源低通滤波器的设计

有源低通滤波器的设计 1.滤波器的截止频率：截止频率是滤波器起作用的频率。低通滤波器 会通过低频信号，而抑制高频信号。截止频率的选择应根据实际需求确定。一般来说，截止频率越低，滤波效果越好。 2.放大器的选择：放大器是有源滤波器的核心部件，用于增强低频信 号并削弱高频信号。选择合适的放大器要考虑增益、带宽和失真等指标。 通常，操作放大器在几百赫兹到几兆赫兹的频率范围内是比较适合的。 3.电容器的选取：电容器起到了一个隔直流的作用，使得输入信号的 交流成分通过，而直流成分被阻隔。电容器的选择要根据截止频率和信号 幅度进行合理的计算。一般情况下，截止频率越高，所需的电容器越小。 4.反馈网络的设计：有源低通滤波器通常采用反馈网络来实现增益和 频率特性控制。反馈网络的设计取决于放大器的增益特性和反馈方案。常 用的反馈方式有电压反馈和电流反馈。在设计反馈网络时，需考虑到振荡、不稳定性等问题。 5.电源耦合和输出耦合：在设计有源低通滤波器时，需要考虑电源和 输出对电路的影响。电源耦合和输出耦合电容器的选择要合理，以保证电 路的稳定性和性能。 6.效果分析：完成滤波器的设计后，需要进行性能测试和效果分析。 通过使用信号发生器输入不同频率的信号，并使用示波器进行观测和分析，可以验证滤波器的性能是否满足设计要求。 总之，有源低通滤波器是一种常见的电子电路设计，可以用于很多应 用领域，如音频处理、通信等。在设计过程中需要考虑截止频率、放大器 选择、电容器选取、反馈网络的设计、电源耦合和输出耦合等因素，并经

过测试和分析来验证滤波器的性能。设计一个有效的有源低通滤波器需要系统地考虑这些因素，并根据实际需求进行合理的调整和优化。

有源低通滤波器的设计

有源低通滤波器的设计 有源滤波器是一种使用有源元件（如运放）来构成的滤波器。有源滤 波器具有较低的输出阻抗和较高的增益，并且能够提供较大的增益和较低 的失真。 有源低通滤波器是一种能够通过滤除高频信号而传递低频信号的滤波器。它可以应用于音频信号处理、视频信号处理和通信系统中，用于去除 噪音、改善信号品质等。本文将介绍有源低通滤波器的设计原理和步骤， 以供读者参考。 1.确定滤波器的截止频率：首先，根据需要滤除的高频信号范围，确 定滤波器的截止频率。截止频率是决定滤波器的性能的重要参数之一，它 决定了滤波器在不同频率范围内的衰减特性。 2.选择合适的滤波器类型：根据应用场景和信号要求，选择合适的有 源滤波器类型。常见的有源滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤 波器和椭圆滤波器等。不同的滤波器类型具有不同的性能和设计要求，需 要根据具体情况选择。 3.设计滤波器的电路结构：根据选择的滤波器类型和截止频率，设计 滤波器的电路结构。有源低通滤波器通常由运放、电阻和电容组成。根据 电路结构设计电容和电阻的数值，以满足滤波器的要求。 4.计算反馈电阻和输入电阻：根据电路结构和信号要求，计算滤波器 的反馈电阻和输入电阻的数值。反馈电阻决定了滤波器的增益和频率响应，输入电阻影响了滤波器的输入阻抗和信噪比。

5.选择适当的运放：根据滤波器的增益要求和频率响应，选择合适的 运放器件。不同的运放器件具有不同的增益、带宽和失真等特性，需要根 据具体要求选择。 6.绘制电路图并进行仿真：根据设计的滤波器电路结构和参数，绘制 电路图，并进行仿真分析。通过仿真可评估滤波器的性能，如增益、相位 延迟和截止频率等。 7.电路实现和调试：根据仿真结果，实现电路并进行调试。调试过程 中需要注意电路的稳定性和可靠性，同时还需要进行频率响应测试和输出 波形观察，以验证设计结果。 总结：有源低通滤波器是一种常见的滤波器类型，其设计步骤包括确 定截止频率、选择滤波器类型、设计电路结构、计算反馈电阻和输入电阻、选择适当的运放器件、绘制电路图并进行仿真分析，最后实现电路和调试。通过以上步骤，可以设计出性能优良的有源低通滤波器，满足不同应用场 景的需求。

【完整版毕业论文】巴特沃斯有源低通滤波器的设计

巴特沃斯有源低通滤波器的设计 摘要 随着社会科学技术的飞速发展，各种科技产品在人类社会中随处可见，极大的丰富了人们的日常生活。物联设备、可穿戴设备以及虚拟仪器产品在各种应用和消费场合变得极为普遍。就目前而言，在几乎所有的电子产品中，各种增益、带宽以及高性能的滤波器都发挥着至关重要的作用，例如可穿戴设备的语音信号输入系统中，运用高性能的低通滤波器进行语音信号的降噪、滤波、回声消除，来提高系统的音质和语音识别精准度等。 本论文通过对各种低通滤波器的通频带、增益和截止频率的分析，采用通频带最大扁平度技术（巴特沃斯技术）来设计实现四阶高性能低通滤波器，通过Multisum仿真软件，验证了设计的正确性。在这基础上，本文还对如何提高该滤波器的响应速度进行了研究，提出了一种有效的提高响应速度的方案，并通过仿真软件得以验证。这在低通滤波器的理论以及实际工程应用中，都具有非常重要的意义。 关键词：有源低通滤波器，巴特沃斯，运算放大器

Design of Butterworth Active Low Pass Filter ABSTRACT With the rapid development of social science and technology, various technological products can be seen everywhere in human society, which greatly enriches people's daily lives. IoT devices, wearable devices, and virtual instrument products have become extremely common in various applications and consumer occasions. For now, in almost all electronic products, various gains, bandwidths, and high-performance filters play a vital role. For example, in the voice signal input system of wearable devices, the use of high-performance low-pass The filter performs noise reduction, filtering, and echo cancellation of the speech signal to improve the sound quality of the system and the accuracy of speech recognition. In this paper, through the analysis of the passband, gain and cutoff frequency of various low-pass filters, the maximum flatness of the passband technology (Butterworth technology) is used to design and implement a fourth-order high-performance low-pass filter, through Multisum simulation software To verify the correctness of the design. On this basis, this paper also studies how to improve the response speed of the filter, and puts forward an effective scheme to improve the response speed, which is verified by simulation software. This is of great significance in the theory of low-pass filters and in practical engineering applications. KEYWORDS：active low-pass filter，butterworth，amplifier