1、1第三讲第三讲 有源滤波器设计有源滤波器设计滤波器基本概念滤波器基本概念1滤波器特征指标滤波器特征指标2有源滤波器设计有源滤波器设计3滤波器设计举例滤波器设计举例4滤波器设计软件滤波器设计软件52一、一、滤波器滤波器基本概念及分类基本概念及分类1、滤波器滤波器基本概念基本概念 按幅频特性分为四类：LPF,HPF,BPF,BEF1)(jaH低通带通带阻高通)(jaH)(jaH)(jaH000c30是滤波器的特征角频率2122120)(aSaSbSbSbSK 用传递函数对理想特性加以逼近，高阶滤波器可用多个二阶滤波器级联构成，二阶滤波器传递函数：20201;aa令令是阻尼系数，的倒数称为品质因数是
2、评价频率选择性的指标1Q（品质因数）=不同滤波器的通带波纹、阻带衰减速度和相位等特性不同，决定滤波器的不同逼近42、按滤波特性分类（不同、按滤波特性分类（不同 的逼近）的逼近）（1）Butterworth（巴特沃斯）低通逼近 在带通内最为平坦，且单调变化，阻带衰减较为缓慢，频率选择性差，相频特性为非线性，二阶2(0)20lg3()apacHjdBHj5（2）Chebyshev低通低通切比雪夫逼近切比雪夫逼近 通带内有一定波动量，阻带内具有较陡的衰减特性，通带外迅速单调下降趋向0,截止频率不一定为3dB带宽,频率选择性好，两阶26(3)Bessel贝塞尔逼近贝塞尔逼近 相频特性在通带内具有最高的
3、线性度，两阶3贝赛尔贝赛尔180036001 2贝赛尔贝赛尔73、按频率特性分类、按频率特性分类 设K0为通带增益，传递函数分子系数决定分类（1）低通）低通（2）高通）高通010bb2200bk00bk2002200()kk sss120bb202200()k sk sss2122120)(aSaSbSbSbSK8（3）带通）带通（4）带阻）带阻22002200()()k sk sss00bk10b 2200bk100bk020bb2122120)(aSaSbSbSbSK002200()kk sssS9（1）LC（有源，无源）（有源，无源）特点：频率选择性好，损耗小，电感体积大，适合高频，1M
4、Hz以上（2）RC（有源，无源）（有源，无源）特点：损耗小、体积小、性能好（有源），频率稳定度 ，（3）特殊元件构成的无源滤波）特殊元件构成的无源滤波 包括：压电陶瓷，晶体，声表面 特点：利用器件的固有频率实现频率选择，对少数单一频率实现带通或带阻滤波，Q达数千数十万，稳定性好，但调整不便351010/c36:10 10fHz4、按电路组成分类、按电路组成分类10二、滤波器的主要特性指标二、滤波器的主要特性指标1、特征频率、特征频率 高、低通的上下限截止频率 带阻、带通的中心频率2、带宽、带宽3、增益与衰减、增益与衰减 通带增益Kp （中心频率）通带波纹：K0 通带各点增益的最大变化量（dB）
5、阻带衰减：通带与阻带处的增益之差002fH CLCBffLpHpBp00114、阻尼系数与品质因数、阻尼系数与品质因数 对 信号的阻尼作用,表示能量衰减的指标，的倒数称为品质因数Q，是评价频率选择性的指标 0125、灵敏度、灵敏度 滤波器某一性能指标y对某一器件参数变 化的灵敏度记作6、群延时函数、群延时函数 评价滤波器对信号相位失真的程度()()dd /dy ysdx x13三、有源滤波器设计三、有源滤波器设计1、电路结构选择、电路结构选择 二阶:无限增益多环反馈型（稳定性高，调整不便）压控电压源型（结构简单，调整方便，易自激）14传递函数带通滤波器通带较宽时可用低通和高通合成1212345
6、1342()()(1)ffKY YH sYYYY YYK YY Y11212021212221100111111111/1CRKCCRCCRRCRKRRCRRKfffY1Y5复导纳，低通、高通Y4=0低通高通152、级数选择、级数选择 级数由带外衰减特性确定，衰减为-mdB/十倍频程时，则级数n应满足n m/203、对运放的选择、对运放的选择 无特殊要求选通用运放，开环增益在80dB以上，频率特性由上限截止频率确定：输入信号10mV以下选低漂移运放，工作于超低频，RC中的电阻超过100K时，选低漂移高输入阻抗运放4、元件参数选择、元件参数选择（先选电容，后决定电阻）一阶由通带增益KP和截止频率
7、0确定 二阶（高通、低通）由Kp，0 和阻尼系数 确定 （带通、带阻）由Kp，0 和品质因数Q确定(3 5)F HBGWA f f(Hz)1 10 10 102 102 103 103 104 104 105 105 106 c(F)20 1 1 0.1 0.10.01 104103p 104103p 104103p16四、滤波器设计举例四、滤波器设计举例例例1：设计一个带通滤波器：设计一个带通滤波器:01zfKH100BwHz03vvA FAA FfB wQ11fvRA FR01RC选C=0.01F得R=16K，Q=10Rf=1.9R1由平衡条件Rf/R1=2R=32K得 R1=48.58K
8、 RF=92.3K9.213QAVFQ13=17例例2：设计一个：设计一个f0为为68.5MHz窄带通滤波器窄带通滤波器10121RRAlcfff0.8漆包线绕 5电阻22匝（0.8，25Cm）约0.2H1漆包线绕5电阻810匝（7Cm）约0.02H18五、简版滤波器设计软件五、简版滤波器设计软件191、频率、衰减、增益输入、频率、衰减、增益输入202、计算结果、计算结果213、逼近选择、逼近选择224、各级电路选择和元件值计算、各级电路选择和元件值计算235、最终的频率响应、最终的频率响应24设计任务（1）设计程控低通滤波器，截止频率等参数可设置。（2）滤波器-3dB截止频率fc在1kHz20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k。（3）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
