有源濾波器的設(shè)計(jì)

1、-有源濾波器：*班級(jí)：*:*目錄一、 根本介紹二、 工作原理三、 有源濾波器的功能作用四、 有源濾波器分類(lèi)五、 有源低通濾波器的設(shè)計(jì)六、 總結(jié)一、 根本介紹濾波器是一種能使有用信號(hào)通過(guò)而大幅抑制無(wú)用信號(hào)的電子裝置。在電子電路中常用來(lái)進(jìn)展信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制噪聲等。在運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用以前濾波電路主要采用無(wú)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(dǎo)致整個(gè)濾波器功能模塊體積大而且笨重。本文介紹由集成運(yùn)算放大器、電阻和電容設(shè)計(jì)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，將所得的電流信號(hào)進(jìn)展諧

2、波別離算法的處理，得到諧波參考信號(hào)，作為PWM的調(diào)制信號(hào)，與三角波相比，從而得到開(kāi)關(guān)信號(hào)，用此開(kāi)關(guān)信號(hào)去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)反接，就可得到與線上諧波信號(hào)大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制局部。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反響回來(lái)，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(fù)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(guó)標(biāo)對(duì)配電網(wǎng)諧波的要求。該產(chǎn)品真正做到自適應(yīng)跟蹤補(bǔ)償，可以自動(dòng)識(shí)別負(fù)荷整體變化及負(fù)荷諧波含量的變化而迅速跟蹤補(bǔ)償，80us響應(yīng)

3、負(fù)荷變化，20ms實(shí)現(xiàn)完全跟蹤補(bǔ)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(bǔ)償系統(tǒng)基波負(fù)序和零序不平衡分量并適度補(bǔ)償無(wú)功功率。在確保濾除諧波功能的根底上有效改善系統(tǒng)不平衡狀況。3、抑制電網(wǎng)諧振不會(huì)與電網(wǎng)發(fā)生諧振，而且在其容量許可圍還可以有效抑制電網(wǎng)自身的諧振。這是無(wú)源濾波裝置無(wú)法做到的。4、多種保護(hù)功能具備過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、溫度過(guò)高、測(cè)量電路故障、雷擊等多種保護(hù)功能，以確保裝置和電力系統(tǒng)平安運(yùn)行，并可在負(fù)荷較輕時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行，充分考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。四、 有源濾波器的設(shè)計(jì)1.二階低通有源濾波器1根本原理常用的二階低通有源濾波器如以下圖。由于

4、C1接到集成運(yùn)放的輸出端，形成正反響，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(dāng)C1=C2=C時(shí)，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一樣，即fp=f0。單端正反響型低通濾波器如以下圖電路中，雖然由C1引入了正反響，但是，假設(shè)f<<fp，則由于C1的容抗很大，反響信號(hào)很弱，因而對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響很??；假設(shè)f<<fp，則由于C2的容抗很小，集成運(yùn)放同相輸入端的信號(hào)很小，輸出電壓必然很小，反響作用也很弱，因而對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響也很小。所以，只要參數(shù)選擇適宜，就可以使f

5、=fp附近的電壓放大倍數(shù)因正反響而得到提到，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(shí)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以下圖，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點(diǎn)。20lg|Au/Aup|/dBf/f0單端正反響型低通濾波器幅頻特性2設(shè)計(jì)方法下面介紹設(shè)計(jì)二階低通有源濾波器時(shí)選用RC的方法。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(yùn)放增益的變化來(lái)單獨(dú)調(diào)整，相互影響不大。假設(shè)Q值，則由式4-8-4得通帶電壓

6、放大倍數(shù)Aup，近而由上式可推導(dǎo)出RF和Rf。由此該設(shè)計(jì)方法對(duì)要求特性保持一定f0而在較寬圍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根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(duì)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響二階高通濾波器，如以下圖。二者的參數(shù)表達(dá)式與性能也有對(duì)偶性。當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，其主要性能如下：?jiǎn)味苏错懶透咄V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以下圖，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點(diǎn)。f/f020lg|Au/Aup|/dB單端正反響型高通濾波

7、器幅頻特性2設(shè)計(jì)方法二階高通有源濾波器中R、C參數(shù)的設(shè)計(jì)方法也與低通濾波器相似，詳見(jiàn)低通濾波器設(shè)計(jì)方法。3.二階帶通有源濾波器帶通濾波器BPF能通過(guò)規(guī)定圍的頻率，這個(gè)頻率圍就是電路的帶寬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(diǎn)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。如以下圖電路就是典型的單端正反響型二階帶通濾波器。當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，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

8、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(diǎn)。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響型二階帶阻濾波器。當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，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以下圖，不同Q值將使幅頻特性具有不同的特點(diǎn)。f/f020lg|Au/Aup|/dB二階帶阻濾波器幅頻特性五、 設(shè)計(jì)實(shí)例有源低通濾波器的設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)低通濾波器是用來(lái)通過(guò)低頻信號(hào)衰減或抑制高頻信號(hào)。如圖a

9、所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí)RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，引入適量的正反響，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(yùn)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圍的信號(hào)通過(guò)，抑制或急劇衰減此頻率圍以外的信號(hào)，因受運(yùn)算放大器帶寬限制，這類(lèi)濾波器僅適用于低頻圍，根據(jù)頻率圍可將其分為低通、高通、帶通與帶阻四種濾波器，它們的幅頻特性如以下圖所示，具有理想特性的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的，只能用實(shí)際特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動(dòng)響應(yīng)。在不許帶有波

10、動(dòng)時(shí)，用巴特沃斯響應(yīng)較好，如果給定帶所允許的紋波差，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(lèi)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(jì)算二階低通濾波器二階低通濾波器性能參數(shù)表達(dá)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(guò)，同時(shí)抑制無(wú)用成分的電路。濾波電路種類(lèi)很多，由集成運(yùn)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(fù)載能力。由于受到集成運(yùn)算放大器特性的限制，有源濾波器主要用于低頻場(chǎng)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(hào)能通過(guò)而高頻信號(hào)不能夠通過(guò)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*一段的信號(hào)能通過(guò)而該頻段之外的信號(hào)不能通過(guò)的電路，帶阻濾波器和帶通濾波器相反，即在規(guī)定的頻帶，信號(hào)不能通