有源模拟带通滤波器课程设计方案Word文档下载推荐.docx
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高通滤波器：
它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
、
带通滤波器：
它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
、
带阻滤波器：
它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
2.3按所采用的元器件
按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
2.3.1、无源滤波器：
仅由无源元件（R、L和C）组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。
这类滤波器的优点是：
电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；
缺点是：
通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。
2.3.2、有源滤波器：
由无源元件（一般用R和C）和有源器件（如集成运算放大器）组成。
通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽（由于不使用电感元件）；
通带范围受有源器件（如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。
1）基本原理：
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。
它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。
指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。
2）应用
通信行业为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。
据调查，通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。
其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位移功率因数极高。
通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。
2.4无源滤波器和有源滤波器，存在以下的区别：
2.4.1工作原理
无源滤波器由LC等被动元件组成，将其设计为某频率下极低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道；
而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备，检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流，补偿后的源电流几乎为纯正弦波，其行为模式为主动式电流源输出。
2.4.2谐波处理能力
无源滤波器只能滤除固定次数的谐波；
但完全可以解决系统中的谐波问题，解决企
业用电过程中的实际问题，且可以达到国家电力部门的标准；
有源滤波器可动态滤除各次谐波。
2.4.3系统阻抗变化的影响
无源滤波器受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险；
而有源滤波不受影响。
2.4.4频率变化的影响
无源滤波器谐振点偏移，效果降低；
有源滤波器不受影响。
2.4.5负载增加的影响
无源滤波器可能因为超载而损坏；
有源滤波器无损坏之危险，谐波量大于补偿能力时，仅发生补偿效果不足而已。
2.4.6负载变化对谐波补偿效果的影响
无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化；
有源滤波器不受负载变化影响。
2.4.7设备造价
无源滤波器较低；
有源滤波器太高。
2.4.8应用场合对比分析
1.有源滤波容量单套不超过100KVA，无源滤波则无此限制；
2.有源滤波在提供滤波时，不能或很少提供无功功率补偿，因为要占容量；
而无源滤波则同时提供无功功率补偿。
3.有源滤波目前最高适用电网电压不超过450V，而低压无源滤波最高适用电网电压可达3000V。
4.无源滤波由于其价格优势、且不受硬件限制，广泛用于电力、油田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、汽车、电铁、新能源等行业；
有源滤波器因无法解决的硬件问题，在大容量场合无法使用，适用于电信、医院等用电功率较小且谐波频率较高的单位，优于无源滤波。
3运放741
uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。
uA741M，uA741I，uA741C芯片引脚和工作说明：
1和5为偏置（调零端），2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚
基本电压正负5V正负12V正负15V。
此次电路还需要示波器等元件。
三带通滤波器
1.1简介
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
1.2带通滤波器的工作原理：
[1]
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。
通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
这种有源带通滤波器的中心频率，在中心频率处的电压增益，品质因数，3dB带宽也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。
，，。
上式中，当时，C取0.02。
此电路亦可用于一般的选频放大。
有源带通滤波器电路，此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。
2二阶有源模拟带通滤波器的设计
2.1基本参数的设定
二阶有源模拟带通滤波器电路，如图1所示。
图中R1、C2组成低通网络，R3、C1组成高通网络，A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路，三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器，以下均简称为二阶带通滤波器。
根据图l可导出带通滤波器的传递函数为
式（5）为二阶带通滤波器传递函数典型表达式，其中ω0称为中心角频率。
令s=jω，代入式（4），可得带通滤波器的频率响应特性为
可画出其幅频响应曲线，如图2所示。
图中，当ω=ω0时，电压放大倍数最大。
带通滤波器的通频带宽度为BW0.7=ω0／（2πQ）=f0／Q，显然Q值越高，则通频带越窄。
通频带越窄，说明其对频率的选择性就越好，抑制能力也就越强。
理想的幅频特性应该是宽度为BW0.7的矩形曲线，如图3（a）所示。
在通频带内A（f）是平坦的，而通带外的各种干扰信号却具有无限抑制能力。
各种带通滤波器总是力求趋近理想矩形特性。
然而实际设计出来的带通滤波器的幅频特性曲线，如图3（b）所示。
在工程上，定义增益自A（f0）下降3dB（即0．707倍）时的上、下限频率之差值为通频带，用BW0.7表示。
要求其值大于有用信号的频谱宽度，保证信号的不失真传输。
综上分析可知：
当有源带通滤波器的同相放大倍数变化时，既影响通带增益A0，又影响Q值（进而影响通频带BW0.7），而中心角频率ω0与通带增益A0无关。
3.1.2课题要求
带通滤波的设计
设计要求：
要求设计一个有源二阶带通滤波器，通带中心频率为500Hz，通带中心频率处的电压放大倍数为10；
带宽为50Hz。
根据要求，选用相应的元件实现带通滤波器电路，并对进行仿真和制作，并能利用相关仪器测量其技术指标，通过示波器观察结果。
通带中心频率
通带中心频率处的电压放大倍数：
带宽：
设计方案
为了能了解二阶带通滤波器在实际电路中应用的效果，设计了如图1的电路进行实验验证。
图中U1A部分为放大电路，UlB部分为二阶带通滤波器电路。
根据式
（2）~式（4），设计出了中心频率在500Hz附近，品质因素Q为10，频带宽度约为50Hz的二阶带通滤波器。
有题可知Q=10;
f=500HZ;
BW=50HZ;
Au=10
经查表的到所要的数据
由Q=10，K=10，可查表得各电阻阻值.
因为k=100/（f。
*c）=10
得
元件
K
Q
R1
1
3.183
6.366
9.549
12.732
15.915
19.099
25.465
31.831
2
1.592
4.755
7.958
4
0.796
2.387
3.979
6
0.531
1.061
2.122
2.653
4.244
5.305
8
0.398
1.194
1.989
10
0.318
0.637
0.955
1.273
1.910
2.546
R2
2.251
2.864
2.532
2.459
2.416
2.352
2.322
5.668
3.741
2.925
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