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有源濾波 |
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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範圍內的信號通過，抑製或急劇衰減此頻率範圍以外的信號。可用在信息處理、數據傳輸、抑制干擾等方面，但因受運算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用於低頻範圍。根據對頻率範圍的選擇不同，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器，它們的幅頻特性如圖2－1所示。 具有理想幅頻特性的濾波器是很難實現的，只能用實際的幅頻特性去逼近理想的。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數越高,幅頻特性衰減的速率越快，但RC網絡的節數越多，元件參數計算越繁瑣，電路調試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯實現。1、 低通濾波器（LPF） 低通濾波器是用來通過低頻信號衰減或抑制高頻信號。 電路性能參數 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。 品質因數，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。 2、高通濾波器（HPF） 與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。 只要將圖2－2低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖2－3(a)所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應和低通濾波器是“鏡像”關係，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。 電路性能參數AuP、fO、Q各量的函義同二階低通濾波器。 有源濾波器的設計 一.實驗目的 1．熟悉ispPAC80可編程模擬器件的結構、功能。 2．掌握可編程模擬器件設計有源濾波器的方法。 3．學會使用PAC-Designer軟件進行有源濾波器的設計。 4．學會有源濾波器的幅頻、相頻特性曲線的測試方法。 二.實驗原理 （一）設計原理 濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制（或衰減）無用頻率信號的電子電路或裝置。在工程上，常用它來進行信號處理，數據傳送或抑制干擾等。以往濾波器主要採用無源元件R、L、和C組成，目前一般用集成運放、R、C組成，常稱為有源濾波器。 在一個實際的電子系統中，有時輸入信號往往受干擾等原因而含有一些不必要的成分，應當把它衰減到足夠小的程度。而在另一些場合，有時我們需要的信號和別的信號混在一起，應當設法把我們需要的信號挑出來。要解決這些問題都需要採用有源濾波器。 用在系統可編程模擬器件實現有源濾波器的設計非常方便。通常用三個運算放大器就可以實現雙二階型函數的電路。而雙二階型函數能實現所有的濾波器函數，如低通、高通、帶通、帶阻。雙二階函數的表達式如3-17-1所示，式中m=1或0，n=1或0。 3-17-1 這種電路的靈敏度相當低，電路容易調整。另一個顯著特點是只需增加少量的元件就能實現各種濾波函數。 3.16節可知ispPAC10、ispPAC20器件結構與功能，實現這樣的電路很容易。首先討論低通濾波器的轉移函數如3-17-2式。 3-17-2 3-17-3 3-17-4 3-17-4式可寫成3-17-5式形式 b=k1k2 3-17-5 |
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