电源滤波电路

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范文一:有源滤波电路

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称:

学号: 2013800656 班级: 八班

实验时间:

实验报告提交时间:

一 实验目的

1.掌握有源滤波电路的构成及其特性。 2.学会测量有源滤波电路的幅频特性。

二 仪器及设备 1.信号发生器 2.交流毫伏表

三 实验任务

任务一 熟悉低通滤波电路 电路如图1所示。

图 1 压控电压源二阶低通滤波电路

实验电路中R1R220k;递函数为 电压放大倍数为

C1C2200nF;R310k,R410k电路传

(s)Au

Aup

1(3Aup)sRC(sRC)2

Aup

ff

1()j(3Aup)

f0f0

Au(f)

任务二 熟悉高通滤波电路 电路如图3所示。

图3 压控电压源二阶高通滤波电路

实验电路中R1R210k;递函数为

C1C2100nF;R310k,R410k电路传

(sRC)2

Au(s)Aup

1(3Aup)sRC(sRC)2

电压放大倍数为

(

Au(f)Aup

f2)f0

ff2

1j()

Qf0f0

四:数据记录

实验数据抄录如下:(原始数据在最后一页)

任务一

截止频率f0

1

=39.8Hz 2RC

由数据可知,在30Hz过度到60Hz时,其电压大幅度减少,可知其截至频率在此段范围中,在数据中,以50Hz到60Hz下降最为明显,与理论值39.8Hz有一定误差,这是由于实验中导线和仪器等客观因素引起的,其实验结果仍能接受。

任务二

截止频率f0

1

=159.2Hz 2RC

由数据可知,在160Hz过度到50Hz时,其电压大幅度减少,可知其截至频率在此段范围中,在数据中,以130Hz到100Hz下降最为明显,与理论值159.2Hz有一定误差,这是由于实验中导线和仪器等客观因素引起的,其实验结果仍能接受

由实验数据可得用EXCEL画得两曲线如下:

五、实验结论与误差分析

在低通滤波实验中当频率由10Hz变化到30Hz再由30Hz到40Hz时有效值由低到高再变

低可能是实验过程中测量结果有偏差但总的结果还是符合,即在截止频率时电压值开始明显的下降。

在高通滤波实验中实验结果比较符合理论值,在150Hz,200Hz,300Hz,400Hz时电压值都比较稳定即导通

六、思考题

低通滤波器和高通滤波器串联就可以构成带通滤波电路。

当C=0.1uF,R=800,R2=400时,此带通滤波的中心频率为300Hz,带宽为200Hz。

指导教师批阅意见:

成绩评定:

注: 1、报告内的项目或内容设置,可根据实际情况加以调整和补充;

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内; 3、教师可根据实验报告整体情况酌情扣分(10分)。

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称:

学号: 2013800656 班级: 八班

实验时间:

实验报告提交时间:

一 实验目的

1.掌握有源滤波电路的构成及其特性。 2.学会测量有源滤波电路的幅频特性。

二 仪器及设备 1.信号发生器 2.交流毫伏表

三 实验任务

任务一 熟悉低通滤波电路 电路如图1所示。

图 1 压控电压源二阶低通滤波电路

实验电路中R1R220k;递函数为 电压放大倍数为

C1C2200nF;R310k,R410k电路传

(s)Au

Aup

1(3Aup)sRC(sRC)2

Aup

ff

1()j(3Aup)

f0f0

Au(f)

任务二 熟悉高通滤波电路 电路如图3所示。

图3 压控电压源二阶高通滤波电路

实验电路中R1R210k;递函数为

C1C2100nF;R310k,R410k电路传

(sRC)2

Au(s)Aup

1(3Aup)sRC(sRC)2

电压放大倍数为

(

Au(f)Aup

f2)f0

ff2

1j()

Qf0f0

四:数据记录

实验数据抄录如下:(原始数据在最后一页)

任务一

截止频率f0

1

=39.8Hz 2RC

由数据可知,在30Hz过度到60Hz时,其电压大幅度减少,可知其截至频率在此段范围中,在数据中,以50Hz到60Hz下降最为明显,与理论值39.8Hz有一定误差,这是由于实验中导线和仪器等客观因素引起的,其实验结果仍能接受。

任务二

截止频率f0

1

=159.2Hz 2RC

由数据可知,在160Hz过度到50Hz时,其电压大幅度减少,可知其截至频率在此段范围中,在数据中,以130Hz到100Hz下降最为明显,与理论值159.2Hz有一定误差,这是由于实验中导线和仪器等客观因素引起的,其实验结果仍能接受

由实验数据可得用EXCEL画得两曲线如下:

五、实验结论与误差分析

在低通滤波实验中当频率由10Hz变化到30Hz再由30Hz到40Hz时有效值由低到高再变

低可能是实验过程中测量结果有偏差但总的结果还是符合,即在截止频率时电压值开始明显的下降。

在高通滤波实验中实验结果比较符合理论值,在150Hz,200Hz,300Hz,400Hz时电压值都比较稳定即导通

六、思考题

低通滤波器和高通滤波器串联就可以构成带通滤波电路。

当C=0.1uF,R=800,R2=400时,此带通滤波的中心频率为300Hz,带宽为200Hz。

指导教师批阅意见:

成绩评定:

注: 1、报告内的项目或内容设置,可根据实际情况加以调整和补充;

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内; 3、教师可根据实验报告整体情况酌情扣分(10分)。

范文二:有源滤波电路

实验八 有源滤波电路

一、实验目的

1. 熟悉有源滤波器电路构成及其特性。 2. 掌握测量有源滤波器电路幅频特性的方法。

二、实验仪器

1. 模拟电路实验箱 2. 示波器 3. 信号发生器 4. 数字万用表

三、预习要求

1. 预习教材有关有源滤波电路内容

2. 分析实验电路,写出电路的增益特性表达式 3. 计算实验电路的截止频率或中心频率 4. 画出实验电路的幅频特性曲线

四、实验内容

1. 低通滤波电路

vi

vo

实验电路中的反馈电阻RF选用22k电位器,其值设定为5.7k。按下表要求测量。

2. 高通滤波电路

vi

vo

实验电路中的反馈电阻RF选用22k电位器,其值设定为5.7k。按下表要求测量。

3. 带阻滤波电路

vi

vo

a) 实测电路中心频率 b) 测出电路幅频特性

五、实验报告

1. 整理实验数据,画出各实验电路的幅频特性曲线。 2. 计算理论值,并与实验结果相比较,分析误差。

六、思考题

1. 如何组成带通滤波电路?试设计一中心频率为300Hz,带宽200Hz

的带通滤波电路。

范文三:有源滤波电路

物理电子工程学院

有源滤波电路

一 实验目的

1.熟悉有源滤波器构成及其特性 2.学会测量有源滤波器幅频特性 二 仪器及设备

1.示波器 2.信号发生器 三 预习要求

1.预习教材有关滤波器内容

2.分析图4.1,4.2及4.3所示电路,写出他们的增益表达式 3.计算图4.1,4.2电路的截止频率,如4.3电路的中心频率 4.画出三个电路的幅频特性曲线 四 实验原理

在实际的电子系统中,输入信号旺旺是含有多种频率成分的复杂信号,还可能包含噪音、干扰等,因此需要设法将有用频率信号挑选出来,将无用信号衰减到足够小,以致抑制掉。这就需要具有选频功能的电路,即滤波电路。滤波电路能使特性频率范围内的信号顺利通过,而组织其他频率信号的通过。

按照滤波器的工作频率滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、和全通滤波器。按滤波器传输函数的极点数又可分为一阶滤波器和二阶滤波器等。如滤波器仅由无源元件(电阻、电容、电感)组成,则称为无源滤波器。如果滤波器含有有源器件(三极管、运算放大器等),则称为有缘滤波器。

有运算放大器和电阻R、电容C组成的滤波器称为RC有源滤波器。由于集成运算放大器的带宽有限,目前RC有源滤波器的最高工作频率只能达到1MHz左右。

滤波器的阶数越高,其性能越近似于理想滤波器特性。

滤波作用:尽可能减少脉动的的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑

有源滤波只是用与信号处理,不适用于高电压大电流

高通:信号频率为0时,电压放大倍数为0,;信号频率为无穷大时,电压放大倍数为一确定值。

低通:信号频率为0时,电压放大倍数为确定值;信号频率为无穷大时,电压放大倍数为0。

带通:信号频率为0和无穷大时,电压放大倍数均为0。

带阻:信号频率为0和无穷大时,电压放大倍数为确定值,信号频率在0到无穷大之间时,电压放大倍数为0。

本实验中,低通、高通、带阻滤波器的上限截止频率、下线截止频率和中心频率分别为fL=40Hz 、fH=159Hz 、fo=80Hz 。

低频时,Y轴接DC档

五 实验内容

1.低通滤波器

实验电路如何4.1所示。其中,反馈电阻Rf 选用22k电位器,5.7k为设定值。

图4.1低通滤波器

按表4.1内容测量并记录

表4.1

2.高通滤波器

实验电路如何4.2所示。其中,反馈电阻Rf 选用22k电位器,5.7k为设定

值。

图4.2高通滤波器

按表4.2内容测量并记录

表4.2

3.带阻滤波器

实验电路如何4.3所示。

图4.1带阻滤波器

(1)实测电路中心频率。

(2)以实测中心频率为中心,测出电路中心频率。 按表4.3内容测量并记录

表4.3

六 注意事项

在实验过程中,改变输入信号频率时,注意保持输入电压峰–峰不变。 七 数据记录与处理

1.按表4.1处理所得低通滤波器幅频特性曲线如下图4.1.1所示

2.按表4.2处理所得低通滤波器幅频特性曲线如下图4.2.1所示

3.按表4.3处理所得带阻滤波器幅频特性曲线如下图4.3.1所示

八 实验总结

根据实验测得数据得出的幅频特性曲线和理论特性曲线有些差别,主要由于实验仪器和测量手段的不精确以及设备电路不稳定造成,这种误差可通过提高仪器精度和测量准确性来进行改进。

范文四:有源滤波电路——带通滤波器

专业:______ 姓名:______ 学号:________

日期:__________

桌号:________________

课程名称: 电路原理实验 指导老师: 成绩:________________ 实验名称: 有源滤波电路——带通滤波器

实验报告

一、实验目的

1. 掌握有源滤波电路的基本概念,了解滤波电路的选频特性、通频带等概念,加深对有源滤波电路的认识和理解。

2. 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路,了解元件参数对滤波效果的影响。 3. 根据给定的带通滤波器结构和元件,分析三种不同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波效果,分析电路的频率特性。

4. 实现给定方波波形的分解和合成。

二、实验原理

滤波器是一种二端口网络,它的作用是允许某频率范围的信号通过,滤掉或抑制其他频率的信号。允许通过的信号频率范围称为通带,其余信号的频率范围称为阻带。许多通过电信号进行通信的设备,如电话、收音机、电视和卫星等都需要使用滤波器。严格的说,实际的滤波器并不能完全滤掉所选频率的信号,只能衰减信号。

无源滤波器通常由RLC元件组成,一般采取多节T型或π型结构,制造难,成本高,特别是电感元件的重量和体积都很大。用RC元件与运放集成块构成的有源滤波器,不用电感线圈,因此广泛用于工程电路。此外,运放的开环电压增益很大,输入阻抗高,输出阻抗低,组成的滤波器有一定的放大、隔离和缓冲作用。

相比于无源滤波器,有源滤波器有许多优点:可以按要求灵活设置增益,并且无论输出端是否带载,滤波特性不变,这也是有源滤波较无源滤波得到更广泛应用的原因。

1. 带通滤波器电路

图1所示为一个无限增益多路反馈带通滤波器电路,传递函数为: 其中各系数为:

表征带通滤波器性质的重要参数有三个,分别是:

中心频率,也即谐振频率,带通滤波器在中心频率处转移函数的幅值最大。

带宽,定义为两个截止频率之差;截止频率 ωc的定义为:转移函数的幅值由最大值下降为最大值的 时的频率,即

品质因数,定义为中心频率与带宽之比。

带通滤波器的增益Kp定义为传递函数在中心频率处的幅值增益。

三个带通滤波器设计为:Kp=4,Q=5,中心频率分别为:1kHz,3kHz,5kHz,对应各元件参

数为:

C=0.01μF,R1=20kΩ,R2=1.8kΩ,R3=160kΩ。 C=0.01μF,R1=6.8kΩ,R2=0.56kΩ,R3=56kΩ。 C=0.01μF,R1=3.9kΩ,R2=0.36kΩ,R3=33kΩ。 2. 反相加法器

1

反相加法器电路如图2所示,输出为:

三、实验接线图

四、实验设备

1. 信号源;

2. 动态实验单元——滤波器组件; 3. 示波器;

五、实验步骤

1. 利用PSpice软件,对给出的三个带通滤波器的工作特性进行仿真分析。输入信号选择幅值为1V,f=1KHz的方波电压。观察一个方波信号分别通过三个带通滤波器后,波形和谐波成分的变化。 2. 利用PSpice软件进行仿真分析,计算正弦信号分别通过三个带通滤波器时的幅频特性。

3. 使用Um=1V,f=1KHz的方波电压信号源输出,连接到动态电路板的输入端,将激励源和带通滤波器的输出端分别连至示波器的两个输入口YA和YB,这时可在示波器的屏幕上同时观察到激励与响应的变化规律。分别选择三个不同中心频率的带通滤波器,观察并记录此时的输出信号的变化;对滤波后的信号分别作fft分析,观察信号中谐波成分的变化情况。

4. 使用Um=1V,f=1KHz的方波电压信号源输出,将三个带通滤波器的输出连接到反相加法器的输入端,观察并记录反相加法器输出端信号,并对此信号分别作fft分析,观察信号中谐波成分的变化情况。

5. 使用正弦电压信号源输出,绘制中心频率为1KHz、3KHz、5KHz带通滤波器的幅频特性图。 6. 选做内容:将可调电阻接入反相加法器的反馈回路,定性地观察当此电阻变化时,加法器输出信号的变化(输出饱和现象)。

六、实验数据记录

2

记录原始波形分别通过三个带通滤波器后,波形和谐波成分的变化

C=0.01μF,R1=20kΩ,R2=1.8kΩ,R3=160kΩ。

5.0V

0V

-5.0V

15.0ms

15.5ms16.0ms16.5ms17.0ms

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Time

6.0V

4.0V

2.0V

0V

0Hz

5KHz

10KHz13KHz

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Frequency

3

1.

图为输入谐波成分

图为输出谐波成分

C=0.01μF,R1=6.8kΩ,R2=0.56kΩ,R3=56kΩ。

15.0ms

15.5ms16.0ms16.5ms17.0ms

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Time

4

0Hz

5KHz

10KHz13KHz

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Frequency

图为输入谐波成分

5

图为输出谐波成分

C=0.01μF,R1=3.9kΩ,R2=0.36kΩ,R3=33kΩ。

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Time

6

0Hz

5KHz

10KHz13KHz

V(V1:+)

V(U5A:OUT)

Frequency

图为输入谐波成分

图为输出谐波成分

2. 记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的波形和谐波成分的变化;

7

V(V1:+)

V(U35A:OUT)

Time

6.0V

4.0V

2.0V

0V

0Hz

5KHz

10KHz15KHz20KHz

V(V1:+)

V(U35A:OUT)

Frequency

8

图为方波谐波成分

图为合成波谐波成分

3. 记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线

4.0V

2.0V

0V

100Hz300Hz1.0KHz

3.0KHz

10KHz30KHz100KHz

V(U5A:OUT)V(U15A:OUT)

V(U25A:OUT) Frequency

图为中心频率为1KHz、3KHz、5KHz带通滤波器的幅频特性曲线

9

100Hz

1.0KHz

10KHz100KHz

V(U5A:OUT)

Frequency

幅频特性数据记录表

10

七、实验数据分析

选做内容:将可调电阻接入反相加法器的反馈回路,定性地观察当此电阻变化时,加法器输出信号的变化(输出饱和现象)。

现象:当反馈电阻Rf增大时,输出波形变大,这是因为 ,但是当反馈电阻Rf增大到某一数值时,运放达到最大输出限制,输出信号出现饱和现象。

八、实验结果或结论

1. 总结带通滤波器对通过的信号的影响,原信号波形和谐波成分的变化

带通滤波器能通过某一频率范围内的频率分量,将其他范围的频率分量衰减到极低水平。例如本次分别观察1kHz、3kHz、5kHz为中心频率的带通滤波器的输入输出波形,原方波为各次谐波叠加而成,通过滤波器后,中心频率的谐波被保留,其他分量被衰减。

2. 根据实验结果,总结你对有源滤波器电路工作特性的认识。

有源滤波器能通过并增大某一频率范围内的频率分量,衰减其他范围的频率分量。

电路组成中不带有电感,可以更广泛的应用在工程电路中。

与无源滤波器相比,有源滤波器可以为中心频率提供增益。

11

范文五:电源滤波电路(图)电源滤波电路解析

电源滤波电路、整流电源滤波电路分析

电源滤波电路

整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中 含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的 脉动成分以获得直流电压。

常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤 波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路 后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)

电阻滤波电路

RC-π型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数,则输 出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R)S。

由分析可知,电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端,最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤 波效果就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,实现起来也不 现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合.

电感滤波电路

根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同,由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器C对直流开路,对交流阻抗小,所以C并联在负载 两端。电感器L对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L应与负载串联。

(A)电容滤波 (B) C-R-C或RC-π型电阻滤波 脉动系数S=(1/ω

C2R')S'

(C) L-C电感滤

波 (D) π型滤波或叫C-L-C滤波 图1 无源滤波电路的基本形式

并联的电容器C

在输入电压升高时,给电容器充电,可把部分能量存储在电容器中。而当输入电压降低时,电容两端电压以指数规律放电,就可以把存储的能量释放 出来。经过滤波电路向负载放电,负载上得到的输出电压就比较平滑,起到了平波作用。若采用电感滤波,当输入电压增高时,与负载串联的电感L中的电流增加, 因此电感L将存储部分磁场能量,当电流减小时,又将能量释放出来,使负载电流变得平滑,因此,电感L也有平波作用。

利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点,在整流电路的负载回路中串联一个电感,使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小,交流的阻抗大,因此 能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大,成本高.

桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。根据电感的特点,当输出电流发生变化时,L中将感应出一个反电势,使整流管的导电角 增大,其方向将阻止电流发生变化。

图2电感滤波电路

在桥式整流电路中,当u2正半周时,D1、D3导电,电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超过90°后开始下降,电感上的反电势有助于D1、D3继 续导电。当u2处于负半周时,D2、D4导电,变压器副边电压全部加到D1、D3两端,致使D1、D3反偏而截止,此时,电感中的电流将经由D2、D4提 供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性,四个二极管D1、D3;D2、D4的导电角θ都是180°,这一点与电容滤波电路不同。

图3电感滤波电路波形图

已知桥式整流电路二极管的导通角是180°,整流输出电压是半个半个正弦波,其平均值约为 。电感滤波电路,二极管的导通角也是180°,当忽略电感器L的电阻时,负载上输出的电压平均值也是 。如果考虑滤波电感的直流电阻R,则电感滤波电路输出的电压平均值为

要注意电感滤波电路的电流必须要足够大,即RL不能太大,应满足wL>>RL,此时IO(AV)可用下式计算

由于电感的直流电阻小,交流阻抗很大,因此直流分量经过电感后的损失很小,但是对于交流分量,在wL和 上分压后,很大一部分交流分量降落在电感上,因而降低了输出电压中的脉动成分。电感L愈大,RL愈小,则滤波效果愈好,所以电感滤波适用于负载电流比较大 且变化比较大的场合。采用电感滤波以后,延长了整流管的导电角,从而避免了过大的冲击电流。

电容滤波原理详解

1.空载时的情况

当电路采用电容滤波,输出端空载,如图4(a)所示,设初始时电容电压uC为零。接入电源后,当u2在正半周时,通过D1、D3向电容器C充电;当 在u2的负半周时,通过D2、D4向电容器C充电,充电时间常数为

(a)电路图 (b)波形图

图4 空载时桥式整流电容滤波电路

式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于 一般很小,电容器很快就充到交流电压u2的最大值 ,如波形图2(b) 的时刻。此后,u2开始下降,由于电路输出端没接负载,电容器没有放电回路,所以电容电压值uC不变,此时,uC>u2,二极管两端承受反向电压,处于截 止状态,电路的输出电压

况如下。 ,电 路输出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的负载,有负载的情

2.带载时的情况

图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后,二极管导通,整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦 形。在 时刻,即达到u2 90°峰值时,u2开始以正弦规律下降,此时二极管是否关断,取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。

先设达到90°后,二极管关断,那么只有滤波电容以指数规律向负载放电,从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快,而正弦波下降 的速率小,所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压,二极管导通。随着u2的下降,正弦波的下降速率越来越快,uC 的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点,例如图5(b)中的t2时刻,二极管开始承受反向电压,二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律 放电的形式提供电流,直至下一个半周的正弦波来到,u2再次超过uC,如图5(b)中的t3时刻,二极管重又导电。

以上过程电容器的放电时间常数为

电容滤波一般负载电流较小,可以满足td较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较平缓,纹波较小,输出脉动系数S小,输出平均电压UO(AV)大,具有 较好的滤波特性。

(a)电路图 (b)波形图

5带载时桥式整流滤波电路

以上滤波电路都有一个共性,那就是需要很大的电容容量才能满足要求,这样一来大容量电容在加电瞬间很有很大的短路电流,这个电流对整流二极管,变压器冲击 很大,所以现在一般的做法是在整流前加一的 功率型NTC热敏电阻来维持平 衡,因NTC热敏电阻在常温下电阻很大,加电后随着温度升高,电阻阻值迅速减小,这个电路叫软起动电路。这种电路缺点是:断电后,在热时间常数内, NTC热敏电阻没有恢复到零功率电阻值,所以不宜频繁的开启。

为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高?这是因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压,加上负载后就是平均值,计算:峰值电 压=1.414×理论输出电压

有源滤波-电子电路滤波

电阻滤波本身有很多矛盾,电感滤波成本又高,故一般线路常采用有源滤波电路,电路如图6。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件晶 体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图6可知,流过R的电流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的 1/(1+β).所以可以采用较大的R,与C2配合以获得较好的滤波效果,以使C2两端的电压的脉动成分减小,输出电压和C2两端的电压基本相等,因此输 出电压的脉动成分也得到了削减。

从RL负载电阻两端看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容 C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1/β,比如晶体管的直流放大系数β=50,如果用一般RCπ型滤波器所需电容容量为1000μF,如采用电子滤波 器,那么电容只需要20μF就满足要求了。采用此电路可以选择较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波效果,因此被广泛地用于一些小型电子设备的电源之 中。

范文六:有源滤波电路基础

有源滤波电路基础

时间:2010-05-11 01:15:26 来源:电子发烧友 作者:

1 简介

1.1 滤波器的分类; 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。 通常有源滤波器分为:

低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器

它们的幅度频率特性曲线如图1所示。

图1 有源滤波器的频响

滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成,称为无源滤波器或晶体滤波器。 1.2 滤波器的用途

滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分,例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图2所示。

图2 滤波过程

2 有源低通滤波器(LPF) 2.1 低通滤波器的主要技术指标 (1)通带增益Avp

通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数,如图3所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的,阻带内的电压放大倍数基本为零。 (2)通带截止频率fp

其定义与放大电路的上限截止频率相同,见图3。通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好。

图3 LPF

的幅频特性曲线

2.2 简单一阶低通有源滤波器

一阶低通滤波器的电路如图4所示,其幅频特性见图5,图中虚线为理想的情况,实线为实际的情况。特点是电路简单,阻带衰减太慢,选择性较差。

图4 一阶低通电路(LPF) 图5 一阶LPF的幅频特性曲线

当f = 0时,电容器可视为开路,通带内的增益为

一阶低通滤波器的传递函数如下

, 其中

2.3 简单二阶低通有源滤波器

该传递函数式的样子与一节RC低通环节的增益频率表达式差不多,只是缺少通带增益Avp这一项。

为了使输出电压在高频段以更快的速率下降,以改善滤波效果,再加一节RC低通滤波环节,称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图6所示,幅频特性曲线如图7所示。

图6 二阶低通电路(LPF) 图7 二阶低通电路幅频特性曲线

(1)通带增益

当f = 0时,各电容器可视为开路,通带内的增益为

(2)二阶低通有源滤波器传递函数 根据图8-2.06可以写出

通常有 ,联立求解以上三式,可得滤波器的传递函数

(3)通带截止频率

将s换成jω,令ω0=2πf0=1/(RC)可得

当f=fp 时,上式分母的模

解得截止频率:

与理想的二阶波特图相比,在超过f0以后,幅频特性以-40 dB/dec的速率下降,比一阶的下降快。但在通带截止频率fp→f0之间幅频特性下降的还不够快。

2.4 二阶压控型低通有源滤波器 (1)二阶压控型LPF

二阶压控型低通有源滤波器如图8所示。其中的一个电容器C1原来是接地的,现在改接到输出端。显然,C1的改接不影响通带增益。

图8 二阶压控型LPF图9 二阶压控型LPF的幅频特性

(2)二阶压控型LPF的传递函数

对于节点N,可以列出下列方程

联立求解以上三式,可得LPF的传递函数

(3)频率响应

由传递函数可以写出频率响应的表达式

上式表明,该滤波器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。

当f=f0时,上式可以化简为

定义有源滤波器的品质因数Q值为f=f0时的电压放大倍数的模与通带增益之比

以上两式表明,当21,在f=f0处的电压增益将大于Avp,幅频特性在f=f0处将抬高,具体请参阅图9。当Avp≥3时,Q=∞,有源滤波器自激。由于将C1接到输出端,等于在高频端给LPF加了一点正反馈,所以在高频端的放大倍数有所抬高,甚至可能引起自激。

2.5 二阶反相型低通有源滤波器

二阶反相型LPF如图8-2.10所示,它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。二阶反相型LPF的改进电路如图8-2.11所示。

图10 反相型二阶LPF 图11 多路反馈反相型二阶LPF 由图11可知

对于节点N,可以列出下列方程

传递函数为

频率响应为

以上各式中

3 有源高通滤波器(HPF)

二阶压控型有源高通滤波器的电路图如13.12图所示

图12 二阶压控型HPF 图13 二阶压控型HPF频率特性 (1)通带增益

(2)传递函数

(3)频率响应

令 ,则可得出频响表达式

由此绘出的频率响应特性曲线如图13所示。

结论:当f《 f0 时,幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec;当Avp≥3时,电路自激。

4 有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)

有源带通滤波器(BPF)电路如图14所示。有源带阻滤波器(BEF)电路如图15所示。

带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。

图14 二阶压控型BPF图15 二阶压控型BEF

要想获得好的滤波特性,一般需要较高的阶数。滤波器的设计计算十分麻烦,需要时可借助于工程计算曲线和有关计算机辅助设计软件。

例1: 要求二阶压控型LPF的fc=400Hz,Q值为0.7,试求图16电路中的电阻、电容值。

图16 二阶压控型LPF

解:根据fc,选取C,再求R 。

1. C的容量不易超过1uF 。因大容量的电容器体积大,价格高,应尽量避免使用。 取C=0.1 uF,1kΩ

计算出R=3979Ω ,取 R=3.9kΩ

2.根据Q值求R1和Rf,因为f=fc时Q=1/(3-Avp)=0.7 ,则Avp=1.57 。根据Avp与R1、Rf的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件1+Rf/R1=Avp=1.57,R1//Rf=R+R=2R 。解得:有源滤波电路基础

时间:2010-05-11 01:15:26 来源:电子发烧友 作者:

1 简介

1.1 滤波器的分类; 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。 通常有源滤波器分为:

低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器

它们的幅度频率特性曲线如图1所示。

图1 有源滤波器的频响

滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成,称为无源滤波器或晶体滤波器。 1.2 滤波器的用途

滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分,例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图2所示。

图2 滤波过程

2 有源低通滤波器(LPF) 2.1 低通滤波器的主要技术指标 (1)通带增益Avp

通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数,如图3所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的,阻带内的电压放大倍数基本为零。 (2)通带截止频率fp

其定义与放大电路的上限截止频率相同,见图3。通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好。

图3 LPF

的幅频特性曲线

2.2 简单一阶低通有源滤波器

一阶低通滤波器的电路如图4所示,其幅频特性见图5,图中虚线为理想的情况,实线为实际的情况。特点是电路简单,阻带衰减太慢,选择性较差。

图4 一阶低通电路(LPF) 图5 一阶LPF的幅频特性曲线

当f = 0时,电容器可视为开路,通带内的增益为

一阶低通滤波器的传递函数如下

, 其中

2.3 简单二阶低通有源滤波器

该传递函数式的样子与一节RC低通环节的增益频率表达式差不多,只是缺少通带增益Avp这一项。

为了使输出电压在高频段以更快的速率下降,以改善滤波效果,再加一节RC低通滤波环节,称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图6所示,幅频特性曲线如图7所示。

图6 二阶低通电路(LPF) 图7 二阶低通电路幅频特性曲线

(1)通带增益

当f = 0时,各电容器可视为开路,通带内的增益为

(2)二阶低通有源滤波器传递函数 根据图8-2.06可以写出

通常有 ,联立求解以上三式,可得滤波器的传递函数

(3)通带截止频率

将s换成jω,令ω0=2πf0=1/(RC)可得

当f=fp 时,上式分母的模

解得截止频率:

与理想的二阶波特图相比,在超过f0以后,幅频特性以-40 dB/dec的速率下降,比一阶的下降快。但在通带截止频率fp→f0之间幅频特性下降的还不够快。

2.4 二阶压控型低通有源滤波器 (1)二阶压控型LPF

二阶压控型低通有源滤波器如图8所示。其中的一个电容器C1原来是接地的,现在改接到输出端。显然,C1的改接不影响通带增益。

图8 二阶压控型LPF图9 二阶压控型LPF的幅频特性

(2)二阶压控型LPF的传递函数

对于节点N,可以列出下列方程

联立求解以上三式,可得LPF的传递函数

(3)频率响应

由传递函数可以写出频率响应的表达式

上式表明,该滤波器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。

当f=f0时,上式可以化简为

定义有源滤波器的品质因数Q值为f=f0时的电压放大倍数的模与通带增益之比

以上两式表明,当21,在f=f0处的电压增益将大于Avp,幅频特性在f=f0处将抬高,具体请参阅图9。当Avp≥3时,Q=∞,有源滤波器自激。由于将C1接到输出端,等于在高频端给LPF加了一点正反馈,所以在高频端的放大倍数有所抬高,甚至可能引起自激。

2.5 二阶反相型低通有源滤波器

二阶反相型LPF如图8-2.10所示,它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC低通电路而构成。二阶反相型LPF的改进电路如图8-2.11所示。

图10 反相型二阶LPF 图11 多路反馈反相型二阶LPF 由图11可知

对于节点N,可以列出下列方程

传递函数为

频率响应为

以上各式中

3 有源高通滤波器(HPF)

二阶压控型有源高通滤波器的电路图如13.12图所示

图12 二阶压控型HPF 图13 二阶压控型HPF频率特性 (1)通带增益

(2)传递函数

(3)频率响应

令 ,则可得出频响表达式

由此绘出的频率响应特性曲线如图13所示。

结论:当f《 f0 时,幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec;当Avp≥3时,电路自激。

4 有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)

有源带通滤波器(BPF)电路如图14所示。有源带阻滤波器(BEF)电路如图15所示。

带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。

图14 二阶压控型BPF图15 二阶压控型BEF

要想获得好的滤波特性,一般需要较高的阶数。滤波器的设计计算十分麻烦,需要时可借助于工程计算曲线和有关计算机辅助设计软件。

例1: 要求二阶压控型LPF的fc=400Hz,Q值为0.7,试求图16电路中的电阻、电容值。

图16 二阶压控型LPF

解:根据fc,选取C,再求R 。

1. C的容量不易超过1uF 。因大容量的电容器体积大,价格高,应尽量避免使用。 取C=0.1 uF,1kΩ

计算出R=3979Ω ,取 R=3.9kΩ

2.根据Q值求R1和Rf,因为f=fc时Q=1/(3-Avp)=0.7 ,则Avp=1.57 。根据Avp与R1、Rf的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件1+Rf/R1=Avp=1.57,R1//Rf=R+R=2R 。解得:

范文七:第5章_有源滤波电路

5.1 滤波器的功能及分类

5.2 滤波器的数学描述

5.3 一阶滤波器

5.4 二阶滤波器

5.1 滤波器(filter)的功能及分类

滤波器的功能是允许某一部分频率的信号顺利地通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选

频电路。

通频带或通带 ——信号能够通过的频率范围。

阻带——信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围。截止频率 ——通带和阻带之间的分界频率。

5.1 滤波器(filter)的功能及分类

§ 按其所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。 无源滤波器是由无源器件构成。

t 电阻、电感和电容组成的RLC

滤波器。

• 晶体滤波器是利用石英晶体薄片构成。

• 声表面波滤波器(SAW):利用压电效应构成的。

5.1 滤波器(filter)的功能及分类

§ 按其所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。

有源滤波器是指在所构成的滤波器中,除无源器件外还含有放大器等有源器件。

• RC有源滤波器(含有运算放大器)。

• 开关电容滤波器(SCF)。

§ 按处理的信号形式可分为模拟滤波器、数字滤波器和抽样数据滤波器等。

无源滤波器与有源滤波器

有源滤波器的优点:

通带内的信号没有能量衰减,而且可以被放大; 隔离了负载对滤波电路频率响应的影响,利用简单的级联很容易构成高阶滤波器;

体积小、重量轻,无须磁屏蔽。

缺点:

需要直流电源供电;可靠性不够高;通带范围受有源器件(运放)的带宽限制,有源滤波器目前实用范围大致在100KHZ以内。不适用于高压、高频大功率的场合。

在频率高于100KHZ时,无源滤波器的性能却比有源滤波器的好,当频率高于10MHZ时,无源滤波器则更显得优越。

5.1 滤波器(filter)的功能及分类

根据滤波器电路的工作频带

,可分为

低通滤波器(

LPF)高通滤波器(HPF

全通滤波器

( APF)

带通滤波器(BPF)带阻滤波器(BEF)

5.1 滤波器(filter)的功能及分类

LPF主要用于信号为低频,需要削弱高次谐波或高频干扰和噪声的场合;

HPF主要用于信号为高频,需要削弱低频(或直流分量)的场合;

BPF主要用来突出有用频段的信号,削弱此频段以外的信号或干扰及噪声,从而提高信噪比;

BEF主要用于抑制特定频率范围内的干扰。 APF用于相位均衡,即校正相频特性或时延。

5.2 滤波器的数学描述 5.2.1 滤波器的传递函数 5.2.2 滤波器的稳态频率响应

5.2.1 滤波器的传递函数

根据电路理论,传递函数具有下述特性:

①极点在s平面上的位置将决定响应的变化趋势,而零点的位置只影响响应的幅度和相位。

② 极点在

左半平面,衰减振荡

虚轴,等幅震荡

右半平面,增幅振荡

③ 干扰引起的响应必须随着

时间的流逝而消失为0。

一个稳定的电路系统,其传递函数的极点分布应该在右半平面不能有极点,位于虚轴的极点必须是单阶的。

5.2.2 滤波器的稳态频率响应

本章大量采用波特图绘制滤波器的频率特性,所以,重述波特图的绘制方法如下:

(1)频率轴(横轴)采用对数坐标,增益轴(纵轴)采用分贝坐标;

(2)在远离截止频率的频率范围,用渐近线表示真实频率特性;

(3)在截止频率附近(左右10倍频程),作适当修正。 在定性讨论频率特性时,第3步通常省略。

5.3 一阶有源滤波器

但是,有源低通滤波器的优点是同相放大电路的输出电阻为零,对负载有隔离作用,从而保证滤波器的频率特性不会随负载变化。而无源RC滤波器的通带增益及其截止频率都随负载而变化。

思考: 如何构成一阶有源高通滤波器电路?其传递函数、

幅频响应和相位响应是什么?

提示:对滤波元件进行对偶变换

低通R→C

C →R

高通R→C

C →R

高通低通

5.4 二阶滤波器

5.4.1 二阶低通滤波器

5.4.2 二阶高通滤波器

5.4.3 二阶带通滤波器

5.4.3 二阶带阻滤波器

二阶高通滤波器

5.4.2 二阶高通滤波器

5.4.4 二阶带阻滤波器

双T

选频网络

5.4.5 全通滤波电路

5.4.5 全通滤波电路的相频特性

有源滤波器的一般分析方法(1)根据有源滤波器的电路原理图,利用拉氏变换,列电路 方程,求出滤波器的传递函数。在传递函数中,以 ,就可求得滤波器的频率特性。 (2)把求所得的传递函数与滤波器传递函数的一般表达式比 较,求出 和 、 或 (中 或 )、 或 、 等主要参数。 代替(3)画出滤波器的幅频特性和相频特性。2010年10月熊兰电气工程学院电子技术课程组

常用有源滤波器传递函数的一般表达式滤波器类 型 一阶低通 滤波器 一阶高通 滤波器 二阶低通 滤波器 二阶高通 滤波器2010年10月 二阶带通 熊 兰 电气工程学院电子技术课程组传递函数通带增益

5.5 滤波器设计5.5.1 频率变换 5.5.2 巴特沃斯滤波器 5.5.3 巴特沃斯滤波器设计示例2010年10月熊兰电气工程学院电子技术课程组

5.5 滤波器设计(略)滤波器设计:由滤波器的特性指标,设计滤波电路。 低通原型滤波器:截止频率为1、通带增益为1的低通滤波器。 滤波器的设计流程: 传递函数设计 电路设计由传递函数设计滤波电路称为电路综合。 有源滤波器的电路综合较简单:一阶和二阶有源滤波器的级联。 传递函数设计:逼近和优化方面的数学问题。2010年10月 熊 兰 电气工程学院电子技术课程组

滤波器设计的要点:§ 描述问题:首先要给出滤波器的技术指标,描述滤波 器的衰减特性曲线。与理想特性之间主要的区别在于: • 通带衰耗不为零;阻带衰耗不为无穷大。 • 通带和阻带之间有过渡带。 • 通带和阻带内不一定平坦,可有起伏。 § 逼近问题:寻找逼近衰减特性曲线的可实现的传输函数。 常用的逼近方法有巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近、椭圆 逼近和贝塞尔逼近。 § 实现问题:在设计中,一般只给出了低通滤波器的数据。 高通、带通和带阻滤波器的设计,可以通过对低通滤波器 的变换得到,因此通常称低通滤波器为原型滤波器。2010年10月 熊 兰 电气工程学院电子技术课程组

5.5.1 频率变换频率变换:是指其他各种类型的滤波器与低通滤波器的频率 自变量之间的变换关系。2010年10月熊兰电气工程学院电子技术课程组

5.5.1 频率变换示例:一阶低通滤波器的传递函数转换为一阶高通滤波器。 低通滤波器 传递函数V (s) A0 AV ( s ) = o = Vi ( s) 1 + sS=s低通原型滤波器 传递函数AV ( s ) = Vo ( s) A = 0 Vi ( s ) 1 + SωcLωcL频率归一化V ( s) A0 s AV ( s ) = o = Vi ( s ) s + ωcHS=ωcHs高通滤波器 传递函数频率变换2010年10月熊兰电气工程学院电子技术课程组 end

5.5.2 巴特沃斯滤波器这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯 (Stephen Butterworth)在1930年发表在英国《无线 电工程》期刊的一篇论文中提出。 巴特沃斯滤波器的特点: 在通带内的频率响应曲线最大限度 平坦,没有起伏;而在阻带则逐渐下降 为零。但是低阶的过度带比较宽。 在波特图上,从某一边界角频率开 始,振幅随着角频率的增加而逐步减 少,趋向负无穷大。2010年10月 熊 兰 电气工程学院电子技术课程组

切比雪夫滤波器  这种滤波器用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比 雪夫(Пафнутий Львович Чебышёв)。 切比雪夫滤波器是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波 动的滤波器。在通带波动的为“I型切比雪夫滤波器”,在阻带波 动的为“II型切比雪夫滤波器”。 切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快,但 频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤 波器的频率响应曲线之间的误差最小,但是在通频带内存在幅 度波动。 巴特沃斯滤波器的设计原则是带内带外最佳平稳,但是 低阶的过度带比较宽。 切比雪夫滤波器的设计原则是过度带可以很窄,但是带 内带外幅频震荡比较严重。 其他滤波器可以理解为这两者的折衷。2010年10月 熊 兰 电气工程学院电子技术课程组

5.5.2 巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器 传递函数逼近类型2010年10月巴特沃斯滤波器的 特点是幅频响应随 频率单调变化,没 有纹波(起伏)第一类切比雪夫滤波器第二类切比雪夫滤波器椭圆函数滤波器熊兰电气工程学院电子技术课程组

范文八:自制RC有源滤波电路

实验四 自制RC有源滤波电路

一 实验目的

1.掌握由运算放大器与电阻、电容构成的RC有源滤波器的电路原理。 2.掌握滤波器幅频特性的测试方法。

二 实验原理及实验参考电路

滤波电路是一种选频电路,它是一种能使有用频率的信号通过,而同时对无用频率的信号进行衰减的电子装置。本实验采用宽带集成运算放大器LF353和电阻、电容构成RC有源滤波电子装置。由于集成运算放大器的带宽有限,目前有源滤波器的最高工作频率只能达到1MHz左右。

根据频率特性的基本知识可知,滤波电路的阶数越高,过渡带将越窄,滤波特性越接近理想滤波器的滤波特性,而高于二阶的滤波电路可以由一阶和二阶滤波电路构成,本实验制作RC二阶有源滤波电路。 1.压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图1所示。

图 1 压控电压源二阶低通滤波电路

实验电路中

R1R2R4.7kΩ;

函数为

C1C2C10nF;

Aup

R31kΩ,R4586Ω电路传递

(s)Au

电压放大倍数为

1(3Aup)sRC(sRC)2

Aup

ff

1()j(3Aup)

f0f0

Au(f)

上式中通带放大倍数

Aup1

R4

R3

为使电路不产生自激振荡,应使 (3Aup)0即通带放大倍数Aup3。 特征频率f0令Q

1

2RC

1

,则Q称为电路的品质因数。

3Aup

电路的幅频特性与品质因数的取值相关,如图2所示。

图2 压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性

实验电路中通带放大倍数

Aup1

R458611.586R31000

品质因数Q=1/(3-Aup)=1/(3-1.586)=0.707,称为巴特沃思滤波器,电路的上限截止频率fH则刚好等

于特征频率f0。

fHf0

113387(Hz)39

2πRC6.284.7101010

图1所示电路中如果品质因数Q1,则电路的上限截止频率可大于特征频率。由图2可知Q大于1的幅频特性曲线的过渡带更陡,幅频特性更好。 2.压控电压源二阶高通滤波电路 电路如图3所示。

图3 压控电压源二阶高通滤波电路

实验电路中

R1R2R56kΩ;

函数为

C1C2C10nF;R31kΩ,R4586Ω电路传递

(sRC)2

Au(s)Aup

1(3Aup)sRC(sRC)2

电压放大倍数为

(

Au(f)Aup

1j

f2)f0

ff2

()Qf0f0

上式中通带放大倍数

Aup1

R4 R3

为使电路不产生自激振荡,应使 (3Aup)0即通带放大倍数Aup3。 特征频率f0令Q

1

2RC

1

,则Q称为电路的品质因数。

3Aup

电路的幅频特性与品质因数的取值相关。 实验电路中通带放大倍数

Aup1

R458611.586R31000

品质因数Q=1/(3-Aup)=1/(3-1.586)=0.707,称为巴特沃思滤波器,电路的下限截止频率fL则刚好等于特征频率f0。

fLf0

3.二阶带通滤波电路

11

284(Hz)39

2πRC6.2856101010

设低通滤波器的上限截止频率为fH,高通滤波器的下限截止频率为fL,若fL

实验电路将图1电路与图3电路串联起来,获得带通滤波电路,则带通滤波电路的下限截止频率

fL284Hz,上限截止频率fH3387Hz。该滤波电路可作为语音滤波电路,因为语音信号频率为

300~3400Hz。此滤波器的优点在于电路设计简单,但滤波特性不理想,即过滤带较宽,高质量的滤波电路应采用四阶以上的滤波电路。

三 实验仪器

DDS函数信号发生器(型号:TFG2003) 双踪示波器(型号:SS-7802A) 数字万用表(型号:DT9205N)

四 实验内容

1.制作低通滤波器及高通滤波器。 2.测量低通滤波器的幅频特性。 3.测量高通滤波器的幅频特性。 4.测量带通滤波器的幅频特性。

五 实验步骤

1.由图1和图3分别制作压控电压源二阶低通滤波电路及压控电压源二阶高通滤波电路,运放使用宽带双集成运算放大器LF353。LF353引脚如下图所示。

正负电源分别使用+12V和-12V,注意两个电源引脚都需接二个退耦电容(0.1和10)。低通滤波电路与高通波电路的运放分别用1,2,3脚和5,6,7脚。两个滤波电路的输入、输出端都可用插针引出,另外还需用插针引出测试仪器的接地端。 2.低通滤波器幅频特性测试。

将信号源输出信号调为正弦信号,其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V,频率置为100Hz,用示波器观察输出信号,若观察到输出端有放大的正弦信号(放大倍数约为1.568),说明电路正常。先测量滤波器的上限截止频fH(注意与理论值比较),再按数据记录表1测试该电路的幅频特性。

在座标纸上画出幅频特性曲线(横轴用f,纵轴用电压增益,提示:可用origin软件或其它画图软件画图,将图形打印输出贴在实验报告上。)(此内容在写实验报告时做)。 3.高通滤波器幅频特性测试。

将信号源输出信号调为正弦信号,其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V,频率置为5kHz,用示波器观察输出信号,若观察到输出端有放大的正弦信号(放大倍数约为1.568),说明电路正常。先测量滤波器的下限截止频fL(注意与理论值比较),再按数据记录表2测试该电路的幅频特性。

在座标纸上画出幅频特性曲线(横轴用f,纵轴用电压增益,提示:可用origin软件或其它画图软件

画图,将图形打印输出贴在实验报告上。)(此内容在写实验报告时做)。 4.带通滤波器幅频特性测试。

连接低通滤波器的输出与高通滤波器的输入,则电路成为带通滤波器。将信号源输出信号调为正弦信号,其输出幅度的峰-峰值Usp-p为2V,频率置为1kHz,用示波器观察输出信号,若观察到输出端有放大的正弦信号说明电路正常。先测量滤波器的中心频率f0(输出信号最大的频率),再测量其上、下限截止频

fH和fL(注意与理论值比较),最后按数据记录表3测试该电路的幅频特性。

在座标纸上画出幅频特性曲线(此内容在写实验报告时做)。

六 注意事项

1.LF353的正负电源可使用实验五的正负电源。

2.滤波电容一定要使用涤纶电容,电容数值的准确度才会高,截止频率的测量与理论值才会接近。 3.在撰写实验报告中,注意将实验结果与理论分析进行比较。

七 思考题

1.为什么高阶滤波电路的滤波特性更好? 2.请写出图1电路传递函数的推导过程。

参考教材

1.《电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真》(第二版),华中理工大学电子学教研室编, 陈大钦主编,高等教育出版社,2000年6月

2.《电子技术基础实验与课程设计》(第二版),高吉祥 主编,电子工业出版社,2005 年2月

3.《模拟电子技术基础》(第四版)清华大学电子学教研组编 华成英 童诗白主编,高等教育出版社,2006年5月

2009.9.

附录: 数据记录表格

数据记录表1 压控电压源二阶低通滤波电路幅频特性测试(Uspp

2V,Uipp

V)

H数据记录表2 压控电压源二阶高通滤波电路幅频特性测试(Uspp2V,Uipp

V)

L

范文九:各种滤波电路

濾波電路

(a

)脈動直流電壓

(b)經濾波後的之輸出電壓

漣波電壓rmsVrrmsr=漣波因數==平均直流電壓Vdc

Vrrmsr%=漣波%=×100%=r×100%Vdc

包含一項直流成分的交流訊號可寫成vac=v−vdc

交流部分的均方根值為

22Vrrms=[Vrms−Vdc]

半波整流的漣波百分率為Vrrms0.385Vmr%=×100%=×100%=121%Vdc0.318Vm

全波整流的漣波百分率為

Vrrms0.308Vmr%=×100%=×100%=48%Vdc0.636Vm

•漣波因數為一絕對值,與電壓峰值等無關•漣波因數愈小者,濾波器性能愈佳•漣波電壓等於零,則漣波因數為零

使用一個直流和一個交流伏特計來測量濾波器的輸出電壓時,得到的直流電壓是25V,交流漣波電壓是2.5V,試計算這濾波器輸出中的漣波因數及漣波百分比

1漣波因數

Vrrms2.5r===0.1Vdc25

2漣波百分率為

r%=r×100%=0.1×100%=10%

使用一交、直流電壓表測得一濾波器電路的輸出電壓,獲得25V直流電壓及4V峰值之交流電壓,其漣波百分比為多少?

1漣波因數

Vrrms4×0.707r%=×100%≃=11.31%Vdc25

有一濾波電路的輸出如圖所示,若漣波為正弦波形,試求漣波百分率r%為多少?Vdc=10VVr

rms0.707Vrm∴r%=×100%≃×100%VdcVdc0.707×1V=×100%=7.07%10

試求半波整流電路之輸出波形(未濾波前)的漣波百分率r%為多少?由於輸出波形包含直流的Vdc及交流的Vr兩部分,而這兩部分均會對負載提供能量,即:222VrmsVdcVrrms222=⇒Vrms=VdcVrrmsRLRLRL

因為半波整流電路的輸出電壓的直流值Vdc與均方根值Vrms分別為:

VmVmVdc=Vav=≃0.318VmVrms=Veff==0.5Vm2

所以輸出漣波電壓的有效值Vrrms為:Vrrms=V−V≃0.5Vm−0.318Vm≃0.385Vm

Vrrms0.385Vm∴r%=×100%≃×100%=1.21×100%=121%V0.318V2rms2dc22

•電源供應器接上負載時,其輸出電壓都會下降。

•一個優良的電源供應器接上負載時,其輸出電壓以下降愈少者為佳。

無負載電壓−全負載電壓電壓調整=全負載電壓VNL−VFLV.R.=VFL

VNL−VFLV.R.%=電壓調整%=×100%VFL

•全負載與無負載的電壓相同,則V.R.%=0%,為最佳值

•V.R.%愈小愈好。

•半導體電源電壓調節為0.01%或更低。

輸出無負載時,某直流電源供給60V,當負載自電源抽取滿載電流時,輸出電壓降為52V,試計算其電壓調整與電壓調整百分率

VNL−VFL60−52V.R.===0.1538VFL52

V.R.%=0.1538×100%=15.38%

電源濾波器的種類•濾波電路的結構由輸入元件的不同分為電容濾波

電阻電容濾波

Π型濾波

電感濾波

電容濾波器的操作

電容濾波器的操作

VrP−PVdc=Vm−2

VIVdcVrrmsVm

在輕負載下,Vdc≃VmIVdcVrrms,當f=60Hz,Idc=RL−3I2.4×10Idc2.4×Idc2.4VdcVrrms==CCRLCR單位為KΩ,C單位為μF,Idc單位為mA

有一全波整流的電容濾波器,該整流器有一個200μF的濾波電容器接到40mA的負載上,試求其漣波電壓。

2.4Idc2.4×40Vrrms===0.48VC200

Vrrms2.4Idcr%=×100=×100%VdcCVdc

Vdc又Idc=RL

2.4r%=×100%RLC

Idc單位為mA,C單位為μF,Vdc單位為V

RL單位為KΩ

有一全波整流的電容濾波器,該整流器有一個200μF的濾波電容器接到40mA的負載上,整流後峰值電壓為40V。試求濾波器的直流電壓。

4.17Idc4.17×40Vdc=Vm−=40−=40−0.83=39.17VC200

•濾波器輸出直流電壓小於整流後的峰值電壓•取自濾波器的平均電流愈大,輸出的直流電壓愈小

•濾波器的電容愈大,輸出的直流電壓愈接近峰值

全波電容濾波器中漣波因數

Vrrms2.4Idcr%=×100=×100%VdcCVdc

Vdc又Idc=RL

2.4r%=×100%RLC

Idc單位為mA,C單位為μF,Vdc單位為VRL單位為KΩ

一電容濾波電路,C=200μF,被抽取了40mA的負載電流,如果整流後的峰值電壓為40V,試計算漣波因數(Vdc=39.2V)

2.4Idc2.4×40r===0.0122CVdc200×39.2

•濾波電容值愈大

漣波愈小

平均電壓愈高

通過二極體的峰值電流愈大

輸出電壓與二極體電流波形

如圖,若正弦波輸入電壓的有效值為100V,試求(1)輸出電壓 (2)二極體的PIV 值D

N211V2rms=V1rms=100×=10VN110

vo=Vm=2V2rms≃1.414×10=14.14V2PIV=Vmvc=VmVm≃2×14.14V=28.28V

RC

濾波器

•RC濾波器

濾波效果較單一電容濾波器為佳

輸出直流電壓降低

成本高

全波整流器及RC

濾波電路

RLV=VdcRRL'dc

V'

rrms≃XC21XC2=2fC

RX22C2Vrrms

選用R、C值應注意事項•R值愈大,漣波降在R上愈多,輸出漣波愈少

•C2電容量愈大,XC2愈小,輸出漣波愈少•C1電容量愈大,輸出漣波愈小•全波較半波有較佳的濾波效果(XC變小)

計算在5KΩ

負載上所得之直流電壓與漣波電壓

RL5000V=×Vdc=×150=136.36VRRL5005000

11XC2===133−62fC22×3.14×120×10×10

XC20.133'Vrrms=2×V=×15=3.86Vrrms2220.50.133RXC2'dc

RLVFL=V=×VdcRRL'dc

電壓供給至10KΩ的負載電阻,試求在全負載時電路的

電壓調整

無載時VNL≃Vm=200V

RL10滿載時VFL=×Vdc=×180=166.7VRRL10.8200−166.7V.R.%=×100%=20%166.7

如圖,若電容器C1上輸出的直流電壓Vdc=100V,漣波電壓Vr(rms)=10V,試求(1)負載RL兩端的直流電壓V'dc與漣波電壓V'r(rms) (2)C1與C2兩端輸出電壓的漣波百分率r%與r'% ?

f=2×60=120Hz

11

XC2===13.3−6

2fC22×3.14×120×100×10

RL5000'

1Vdc=×Vdc=×100=99V

RRL505000

X'

VrrmsV10=2.57Vrrms5013.3RXC2

Vrrms10

2C1:r%=×100%=×100%=10%

Vdc100'

Vrrms2.57

C2:r%='×100%=×100%=2.6%

99V

π

形濾波電路

π形濾波電路

•將RC濾波器的電阻換為L

•L的直流電阻甚低,但交流電阻高•可減少直流壓降損失及漣波電壓

XL=2fL

RL

V=Vdc×

RlRL

'

或Vdc=Vdc−IdcRl

'dc

一般而言Xl≫Rl

V

'

rrms

XC2

=Vrrms

某π型濾波器有160V的輸入直流電壓跨於輸入電容器,假如濾波器電感有300Ω的直流阻抗及5mH的電感量,試求負載電流為100mA的直流輸出電壓

V=Vdc−IdcRL=160−100mA×300Ω=160−30=130V

'dc

如圖,若電容器C1上輸出的直流電壓Vdc=100V,漣波電壓Vr(rms)=10V,試求(1)負載RL兩端的直流電壓V'dc與漣波電壓V'r(rms) (2)C1與C2兩端輸出電壓的漣波百分率r%與r'% ?

f=2×60=120Hz

11

XC2===13.3−6

2fC22×3.14×120×100×10XL=2fL=2×120×10H≃7540

'

1Vdc=Vdc=100V

XC213.3'

Vrrms=×Vrrms=×10=0.0177V

XL−XC27540−13.3Vrrms10

2C1:r%=×100%=×100%=10%

Vdc100'

Vrrms0.0177

C2:r%='×100%=×100%=0.0177%

100V

范文十:直流电源滤波电路及电子滤波器原理分析

直流电源滤波电路及电子滤波器原理分析

整流电路是将交流电变成直流电的一种电路,但其输出的直流电的脉动成分较大,而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01.故整流输出的电压必须采取一定的措施.尽量降低输出电压中的脉动成分,同时要尽量保存输出电压中的直流成分,使输出电压接近于较理想的直流电,这样的电路就是直流电源中的滤波电路。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。

直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)

RC-π型滤波电路,实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1虚线框即为加的一级RC滤波电路。若用S'表示C1两端电压的脉动系数,则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R')S'。

由分析可知,在ω值一定的情况下,R愈大,C2愈大,则脉动系数愈小,也就是滤波效果就越好。而R值增大时,电阻上的直流压降会增大,这样就增大了直流电源的内部损耗;若增大C2的电容量,又会增大电容器的体积和重量,实现起来也不现实。

为了解决这个矛盾,于是常常采用有源滤波电路,也被称作电子滤波器。电路如图2。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件--晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图2可知,流过R的电流IR=IE/(1+β)=IRL/(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β).所以可以采用较大的R,与C2配合以获得较好的滤波效果,以使C2两端的电压的脉动成分减小,输出电压和C2两端的电压基本相等,因此输出电压的脉动成分也得到了削减。

从RL负载电阻两端看,基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路,相当于R减小了(1+β)倍,而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1/β,比如晶体管的直流放大系数β=50,如果用一般RCπ型滤波器所需电容容量为1000μF,如采用电子滤波器,那么电容只需要20μF就满足要求了。采用此电路可以选择

较大的电阻和较小的电容而达到同样的滤波效果,

因此被广泛地用于一些小型电子设备的电源之中。