有源滤波器设计

在本教程中,我们将简要学习活动过滤器设计。在之前的教程中,我已经讨论了所有类型的有源滤波器,即高通,低通,带通和带阻。本教程将对所有这些单独的过滤器概念进行总结。

如果你想了解更多关于单个主动过滤器的信息,请阅读以下文章:有源高通滤波器”、“有源低通滤波器”、“主动带通滤波器“ 和 ”带阻滤波器”。

介绍

我们已经研究了使用电阻和电容的无源RC滤波器,如低通、高通和带通滤波器。这些无源滤波器的主要缺点是输出信号小于输入信号,即信号增益永远不会大于单位,因此负载阻抗影响滤波器特性。

输出信号衰减在多级无源滤波器中是严重的。控制信号丢失的最佳方法是通过使用有源滤波器使用放大。过滤器使用主动部件,如晶体管,FET(场效应晶体管),其设计中的运算放大器。这些滤波器从源绘制外部电源以提高输出信号。

有源低通滤波器

在了解有源低通滤波器之前,通过阅读文章了解滤波器的基本知识,无源低通滤波器和频率响应:无源低通滤波器设计

有源低通滤波器电路图
有源低通滤波器电路图

除了输出信号的幅度之外,有源低通滤波器的频率响应与被动低通滤波器的频率响应相同。非反相运算放大器的电压增益是给出的

Af = 1+ (r2 / r1)

优势低通滤波器的增益为

Av = Vout / Vin = AF/[√(1+(f/fc)²)]

在哪里

  • AF为通带增益(1+ R2/R1)
  • f输入信号的频率是多少
  • 足球俱乐部是截止频率

注意:

  • 在很低的频率下,f <足球俱乐部: Av = Vout / Vin≅AF
  • 在截止频率,f = fc:AV = VOUT / VIN = AF / = 0.707 AF
  • 在非常高的频率,F> FC:Av = Vout / Vin < AF

有源高通滤波器

在学习有源高通滤波器之前,请阅读以下文章:被动高通滤波器设计和频率响应

有源高通滤波器电路图
有源高通滤波器电路图

简单的有源高通滤波器可以通过连接一个非反相或反相运算放大器到无源高通RC电路获得。有源高通滤波器的频率响应与无源低通滤波器相同,只是信号的幅值随着运算放大器的增益而增大。

在有源高通滤波器中,由于运算放大器的开环特性,通带受到限制。

有源高通滤波器的增益为

v = Vout / Vin = (AF (F / fc)) /(√√(1 + (f / fc²))

在哪里

  • AF为通带增益(1+ R2/R1)
  • f输入信号的频率是多少
  • 足球俱乐部是截止频率

给出DB中的电压增益

Av (dB) = 20log10(VOUT / VIN)

3 db = 20日志10(0.707 x输出电压/文)

对于一阶有源高通滤波器,频率响应曲线以20dB/decade或6dB/octave的速率增加,直到达到截止频率点。和这里的无源滤波器一样,截止频率也可以用这个公式来计算

足球俱乐部= 1 / (2πrc)

在这个滤波器中,输出信号的相移或相角领导输入信号的。截止频率时相位角值等于+45°。这个值可以用下面的公式计算。

相位角Ø = tan1(1 /(2πrc))

我们也可以利用反相放大器的配置来设计单级有源高通滤波器。有源高通滤波器的应用与无源高通滤波器的应用相同。

主动带通滤波器

带通滤波器是电子系统中使用的频率选择滤波器,以允许特定频带或某些频率范围。这一范围在两个截止频率点之间设置(flfH)

相关文章:无源带通滤波器的设计与应用

简单的有源通带滤波器可以通过组合或级联一个低通滤波器和一个高通滤波器,如下图所示。

有源带通滤波器电路图
有源带通滤波器电路图

低通滤波器和高通滤波器的串级连接产生了一个低“质量因子”型滤波器,具有宽通带。电路的第一级(高通滤波器级)屏蔽甚低频信号,而低通滤波器级屏蔽甚高频信号。

它产生相对扁平的通带频率响应,其中一个半代表高通滤波器响应,其他一半表示低通滤波器响应,如下所示。

带通滤波器的频率响应
带通滤波器的频率响应

较高的截止频率fH以及更低的截止频率fl采用一阶低通和高通滤波器截止频率方程进行计算。放大器电路提供了两级之间的隔离,并增加了电路的总增益。

有源带阻或带阻滤波器

频带停止过滤器仅对特定频带衰减,并允许所有其他频率。该过滤器也称为带消除滤波器。这些被归类为

  1. 宽频带抑制滤波器
  2. 窄带拒绝滤波器(陷波滤波器)。

与窄带滤波器相比,宽带抑制滤波器的带宽非常高。

窄带滤波器(陷波滤波器)

有源陷波器电路图
有源陷波器电路图

该过滤器通常用于衰减单频率。该电路的主要部分是双T网络。它由两个T网络组成。第一个T - 网络采用2个电容器和电阻器制成。其他T网络采用2个电阻和电容器制成。

窄带或陷波滤波器通常用于生物医学仪器和通信,以消除不必要的频率。

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