集成运放在信号处理方面的应用-有源滤波器的设计与调试_电力/水利_工程科技_专业资料。模拟电子技术实验 实验五 集成运放在信号处理方面的应用 ——有源滤波器的设计与调试 电子基础教学实验中心 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 一、实 验 目 的 电子基础教学实验
模拟电子技术实验 实验五 集成运放在信号处理方面的应用 ——有源滤波器的设计与调试 电子基础教学实验中心 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 一、实 验 目 的 电子基础教学实验中心 二、设计原理与参考电路 三、实 验 内 容 四、实 验 仪 器 五、预习要求与实验报告 六、实验研究与思考题 目录 一 实验目的 模拟电子技术实验 1．熟悉二阶有源滤波器的基本原理、电路结构 和基本性能。 2．学会二阶有源滤波器的基本设计方法。 3．熟悉二阶有源滤波器参数的测量。 电子基础教学实验中心 目录 二 设计原理与参考电路 模拟电子技术实验 （一）由运算放大器和RC元件组成的有源滤波器的基础知识 1）优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调 试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面。 2）缺点：但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用 于低频。 3）分类：根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通、 高通、带通与带阻四种，它们的幅频特性如图5.1所示。 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 图 5.1 滤波器的幅频特性 理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器 的幅频特性去逼近理想的滤波器。一般来说，滤波器的阶数n越高， 幅频特性衰减的速率越快，越接近理想的滤波器，但RC网络的阶 数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。所以这里主要 介绍具有巴特沃斯响应的二阶有源滤波器的基本设计方法。 电子基础教学实验中心 目录 （二） 二阶有源LPF的设计 1、 基本原理： 典型二阶有源低通滤波 器如图5.2所示，为防止 自激和抑制尖峰脉冲， 在负反馈回路可增加电 容 C3，C3的容量一般 为22pF－51pF。该滤 波器每节RC电路衰减 －20dB／10倍频程， 每级滤波器－40dB／ 10倍频程。 Vi R1 模拟电子技术实验 C3 Rb Ra A R2 VO C2 C1 图5.2 二阶有源LPF 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 传递函数的 关系式为： A(s) s2 AV f 2 n n Q s 2 n 式中 Auf 、ωn 、Q分别表示如下： 通带增益： 固有角频率： AV f 1 Rb Ra n 1 R1R2C1C2 品质因数： Q R1R2C1C2 C2 (R1 R2 ) (1 A V f )R1C1 电子基础教学实验中心 目录 2、 设计方法 模拟电子技术实验 下面介绍设计二阶有源LPF时选用R、C的两种方 法。 方法一：设Avf=1，R1=R2，则Ra= ，以及 Q 1 C1 2 C2 fn 2 R 1 C1C2 C1 2Q n R C2 1 2Qn R n C1 4Q2 C2 （n为阶数） 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 方法二：R1=R2=R，C1=C2=C，则 Q 1 3 AVf fn 1 2 RC 由上式得知 fn ,Q可分别由R、C值和运放增益Auf 的变化来单独调整，相互影响不大，因此该设计法 对要求特性保持一定 fn 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。 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 3、设计实例 要求设计如图5.3所示的具有巴特沃思特性(Q≈0.71) 的二阶有源LPF， fn= lkHz。 按方法一和方法二两种设计方法分别进行计算，可得如下两种 结果。 方法一：取Avf=1 ，Q≈0.71，选取R1=R2=R=160k，可得： C1 2 C2 C1 2Q n R 1400 pF 1 R nC C2 C1 2 700 pF 方法二：取R1=R2=R=160KΩ，Q 0.71，由式（5.7）可得： C1 C2 1 2 fn R 0.001 F 电子基础教学实验中心 目录 （三） 二阶有源HPF 1、基本原理 HPF与LPF几乎具 有完全的对偶性，把图 5.2中的R1、R2和C1、 C2位置互换就构成如图 5.3所示的二阶有源 HPF。二者的参数表达 式与特性也有对偶性; 模拟电子技术实验 Rb Ra A Vo Vi C1 R1C2 R2 图5.3 二阶有源HPF 电子基础教学实验中心 目录 二阶HPF的 传递函数为： 模拟电子技术实验 A(s) s2 A 2 Vf n n Q s n2 式中 AVf 1 Rb Ra n 1 R1R2C1C2 Q 1 n R2 (C1 C2 ) (1 AVf )R2C2 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 2、设计方法 HPF中R、C参数的设计方法也与LPF相似，有两种。 方法一：设 Q =1，取C1=C2=C，根据所要求的 Q、fn (n )、Auf 、可得 R1 1 2QnC R2 2Q nC n R1 4Q 2 R2 方法二： 设C`1=C2=C，R1=R2=R,根据所要求的Q、ω。 AVf 3 1 Q R 1 nC 有关这两种方法的应用特点与LPF情况完全相同。 电子基础教学实验中心 目录 模拟电子技术实验 3、设计实例 设计如图5.4所示的具有巴 Rb 特沃斯特性的二阶有源HPF （Q 0.71），已知 Ra fn=1kHz，计算R、C的参数。 若按方法一：设Avf=1， 选取C1=C2=C=1000Pf，求 Vi A Vo 得R1=112KΩ，2=216kΩ， 各选用110KΩ与220kΩ标称 C1 R1C2 R2 值即可。 若按方法二：选取 R1=R2= R=
