有源濾波器設(shè)計

1、有源濾波器姓名：xxx班級：XXX學號: xxx目錄一、 基本介紹二、 工作原理三、 有源濾波器的功能作用四、 有源濾波器分類 五、 有源低通濾波器的設(shè)計六、 總結(jié) 一、 基本介紹濾波器是一種能使有用信號通過而大幅抑制無用信號的電子裝置。在電子電路中常用來進行信號處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制噪聲等。在運算放大器廣泛應(yīng)用以前濾波電路主要采用無源電子元件一電阻、電容、電感連接而成，由于電感體積大而且笨重導致整個濾波器功能模塊體積大而且笨重。本文介紹由集成運算放大器、電阻和電容設(shè)計有源濾波器，著重講解低通、高通、帶通濾波電路。二、 工作原理有源濾波器工作原理是：用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣

2、，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。三、有源濾波器的具體功能及作用1、濾除電流諧波可以高效的濾除負荷電流中225次的各次諧波，從而使得配電網(wǎng)清潔高效，滿足國標對配電網(wǎng)諧波的要求。該產(chǎn)品真正做到自適應(yīng)跟蹤補償，可以自動識別負荷整體變化及負荷諧波含量的變化而迅

3、速跟蹤補償，80us響應(yīng)負荷變化，20ms實現(xiàn)完全跟蹤補償。2、改善系統(tǒng)不平衡狀況可完全消除因諧波引起的系統(tǒng)不平衡，在設(shè)備容量許可的情況下，可根據(jù)用戶設(shè)定補償系統(tǒng)基波負序和零序不平衡分量并適度補償無功功率。在確保濾除諧波功能的基礎(chǔ)上有效改善系統(tǒng)不平衡狀況。3、抑制電網(wǎng)諧振不會與電網(wǎng)發(fā)生諧振，而且在其容量許可范圍內(nèi)還可以有效抑制電網(wǎng)自身的諧振。這是無源濾波裝置無法做到的。4、多種保護功能具備過流、過壓、欠壓、溫度過高、測量電路故障、雷擊等多種保護功能，以確保裝置和電力系統(tǒng)安全運行，并可在負荷較輕時自動退出運行，充分考慮運行的經(jīng)濟性。四、 有源濾波器的設(shè)計1.二階低通有源濾波器（1）基本原理常用的

4、二階低通有源濾波器如圖所示。由于C1接到集成運放的輸出端，形成正反饋，使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以又稱之為二階壓控電壓源低通濾波器。當C1=C2=C時，稱f0為電路的特征頻率。通常，調(diào)試該電路，使其通帶截止頻率與一階低通濾波器的相同，即fp=f0。單端正反饋型低通濾波器如圖所示電路中，雖然由C1引入了正反饋，但是，若ffp，則由于C1的容抗很大，反饋信號很弱，因而對電壓放大倍數(shù)的影響很?。蝗鬴fp，則由于C2的容抗很小，集成運放同相輸入端的信號很小，輸出電壓必然很小，反饋作用也很弱，因而對電壓放大倍數(shù)的影響也很小。所以，只要參數(shù)選擇合適，就可以使f=f

5、p附近的電壓放大倍數(shù)因正反饋而得到提到，從而使電路更接近于理想低通濾波器。二階低通有源濾波器主要性能如下：通帶電壓放大倍數(shù)二階LPF的通帶電壓放大倍數(shù)就是頻率f=0時的輸出電壓與輸入電壓之比，因此也就是同相比例放大器的增益: 傳遞函數(shù) 其中品質(zhì)因數(shù) 幅頻特性電路的幅頻特性曲線如圖所示，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點。20lg|Au/Aup|/dBf/f0單端正反饋型低通濾波器幅頻特性（2）設(shè)計方法下面介紹設(shè)計二階低通有源濾波器時選用RC的方法。已知R1=R2=R，C1=C2=C，則 其中，由上式得知，f0、Q可分別由R、C值和運放增益的變化來單獨調(diào)整，相互影響不大。若已知Q值，則由式4-8

6、-4得通帶電壓放大倍數(shù)Aup，近而由上式可推導出RF和Rf。由此該設(shè)計方法對要求特性保持一定f0而在較寬范圍內(nèi)變化的情況比較適用，但必須使用精度和穩(wěn)定性均較高的元件。2.二階高通有源濾波器（1）基本原理二階高通濾波器和二階低通濾波器幾乎具有完全的對偶性，即將二階低通有源濾波器電路中的R和C的位置互換，就構(gòu)成了典型的單端正反饋二階高通濾波器，如圖所示。二者的參數(shù)表達式與性能也有對偶性。當R1=R2=R，C1=C2=C時，其主要性能如下：單端正反饋型高通濾波器通帶電壓放大倍數(shù) 傳遞函數(shù) 品質(zhì)因數(shù) 幅頻特性電路的幅頻特性曲線如圖所示，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點。f/f020lg|Au/Aup

7、|/dB單端正反饋型高通濾波器幅頻特性（2）設(shè)計方法二階高通有源濾波器中R、C參數(shù)的設(shè)計方法也與低通濾波器相似，詳見低通濾波器設(shè)計方法。 3.二階帶通有源濾波器帶通濾波器（BPF）能通過規(guī)定范圍的頻率，這個頻率范圍就是電路的帶寬BW，濾波器的最大輸出電壓峰值出現(xiàn)在中心頻率f0的頻率點上。帶通濾波器的帶寬越窄，選擇性越好，也就是電路的品質(zhì)Q越高。只要將二階低通濾波器中的一階RC電路改為高通的接法，就構(gòu)成了二階帶通濾波器。如圖所示電路就是典型的單端正反饋型二階帶通濾波器。當R1=R2=R，C1=C2=C時，其主要性能如下：二階帶通濾波器傳遞函數(shù) ， 其中為同相比例放大電路的電壓放大倍數(shù)中心頻率和通

8、帶放大倍數(shù) 通帶截止頻率和通帶寬度 品質(zhì)因數(shù) 幅頻特性電路的幅頻特性曲線如圖4-8-9所示，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點。Q值越大，通帶寬度越窄，選擇性也越好。f/f020lg|Au/Aup|/dB二階帶通濾波器幅頻特性3.二階帶阻有源濾波器如圖示電路就是典型的單端正反饋型二階帶阻濾波器。當R1=R2=R，C1=C2=C時，其主要性能如下：二階帶阻濾波器傳遞函數(shù) 中心頻率和通帶放大倍數(shù)通帶截止頻率和通帶寬度 品質(zhì)因數(shù) 幅頻特性電路的幅頻特性曲線如圖所示，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點。f/f020lg|Au/Aup|/dB二階帶阻濾波器幅頻特性五、 設(shè)計實例有源低通濾波器的設(shè)計原理圖

9、設(shè)計低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制高頻信號。如圖a所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖（b）為二階低通濾波器幅頻特性曲線。 二階低通濾波器濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù)由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號，因受運算放大器帶寬限制，這類濾波器僅適用于低頻范圍，根據(jù)頻率范圍可將其分為低通、高通、帶通與帶阻四種濾波器，它們的幅頻特性如下圖所示，具有理想特性的濾波器是很難實現(xiàn)的，只能用實際特性去逼近理想的，

10、常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動響應(yīng)。在不許帶內(nèi)有波動時，用巴特沃斯響應(yīng)較好，如果給定帶內(nèi)所允許的紋波差，則切比雪夫響應(yīng)較好。1. 濾波器的傳輸函數(shù) 二階RC濾波器的傳輸函數(shù)表類型傳輸函數(shù)性能參數(shù)低通電壓增益低通濾波器的截止角頻率2. 單元電路性能參數(shù) 低通濾波器 二階低通濾波器的通帶增益 截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。元件參數(shù)的計算二階低通濾波器 二階低通濾波器性能參數(shù)表達式為C2/（CC1RR1） (2.2.1.1)Q=0.707C/Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1 (2.2.1.2)AV=1+R4/R3 (2.2.1.3)工作原理濾波電路是一種能使有用頻率通過，同時抑制無用成分的電路。濾波電路種類很多，由集成運算放大器、電容和電阻可構(gòu)成有源濾波器。有源濾波器不用電感，體積小，重量輕，有一定的放大能力和帶負載能力。由于受到集成運算放大器特性的限制，有源濾波器主要用于低頻場合。有源濾波器有低通、高通、帶通和阻帶等電路。低通濾波電路指低頻信號能通過而高頻信號不能夠通過的電路，高頻濾波電路則與低頻濾波電路相反，帶通濾波電路是指某一段的信號能通過而該頻段之外的信號不能通過的電路，帶阻濾波器和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不