【正文】 cs/Q+ω c2) 14 已知濾波器的響應(yīng)、濾波器的電路形式、濾波器的類型、濾波器的性能參數(shù)fC,Q,BW 或 AV 。 表 濾波器工作頻率與濾波電容取值的對應(yīng)關(guān)系 f (1~10)Hz （ 10~102） Hz （ 102~103） Hz （ 1~10） KHz （ 10~103） KHz （ 102~103） KHz C (20~10)F （ 10~） uF （ ~） uF （ 104~103） pF （ 103~102） pF （ 102~10） pF 單元電路設(shè)計(jì) . 原理圖設(shè)計(jì) 1. 低通濾波器 圖 低通濾波器電路圖 12 2 高通濾波器 圖 高通濾波器電路圖 3 帶通濾波器 圖 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范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號，因受運(yùn)算放大器帶寬限制，這類 濾波器僅適用于低頻范圍，根據(jù)頻率范圍可將其分為低通、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)和切比雪夫等波動響應(yīng)。在設(shè)計(jì)時經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。如果濾波器工作于超低頻，以至使 RC 網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過 100kΩ，則應(yīng)選低漂移高輸入阻抗的運(yùn)放。對運(yùn)放頻率特性的要求，由其工作頻率的上限確定，設(shè)工作頻率的上限為 Fh,則運(yùn)放的單位增益 11 寬帶應(yīng)滿足 下式： BWG 大于等于（ 35） AefH，式中為濾波通帶的傳輸系數(shù)。 3. 運(yùn)放的要求 在無特殊要求的情況下，可選用通用型運(yùn)算放大器。多級濾波器串接時傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級階數(shù)之和。當(dāng)要求帶通濾波器的通帶較寬時，可用低通濾波器和高通濾波器合成，這比單純用帶通濾波器要好 2. 級數(shù)選擇 濾波器的級數(shù)主要根據(jù)對帶外衰減特殊性的要求來確定。 1. 關(guān)于濾波器類型的選擇 一階濾波器電路最簡單，但帶外傳輸系數(shù)衰減慢，一般在對帶外衰減性要求不高的場合下選用。阻帶指標(biāo)為帶外傳輸系數(shù)的衰減速度（即帶沿的陡變）。 濾波器的設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選定電路形式和確定電路的元器件。因?yàn)椴挥秒姼性?，所以免除了電感所固有的非線性特性、磁場屏蔽、損耗、體積和重量過大等缺點(diǎn)。然而實(shí)際的濾波器距此有一定的差異，為此人們采用各種函數(shù)來逼近理想濾波器的頻率特性。 方案 選擇 濾波器在通信測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 2 放大器的作用 電路中運(yùn)用了同相輸入運(yùn)放， 其閉環(huán)增 益 RVF=1+R4/R3 同相放大器具有輸入阻抗 非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大 級 。 四 、設(shè)計(jì)思考與總結(jié) 總結(jié) RC 有源濾波器的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識點(diǎn)； 總結(jié)濾波器主要參數(shù)的測試方法； 對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）分別設(shè)計(jì)二階 RC 低通、高通、帶通濾波器電路，計(jì)算電路元件參數(shù)，擬定測試方案和步驟； （ 2）在面包板或萬能板上安裝好電路，測量并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)； （ 3）測量技術(shù)指標(biāo)參數(shù)； （ 4）測量有源濾波器的幅頻特性并仿真； （ 5）寫出設(shè)計(jì)報告。 5 設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)目的 學(xué)習(xí) RC 有源濾波器 的設(shè)計(jì)方法； 由濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算電路元件參數(shù)； 設(shè)計(jì)二階 RC 有源濾波器 (低通、高通、帶通 )； 掌握 有源濾波器 的測試方法； 測量 有源濾波器 的幅頻特性 。 ⑤ 最終要以 MOS 工藝來實(shí)現(xiàn)的 SCF，由于它是時變網(wǎng)絡(luò)，要想用分立元件精確模擬是不可能的，這樣，設(shè)計(jì)完善的 CAD 技術(shù)是解決這一問題的唯一手段。 ③ 開關(guān)電容本身的寄生電容使 SCF 的頻響發(fā)生畸變。近年雖然出現(xiàn)無運(yùn)放的 SC 電路，但由于采樣頻率的限制，工作頻率最高只有在 1MHz 之內(nèi)?，F(xiàn)在關(guān)鍵是用 MOS 工藝實(shí)現(xiàn) SCF 及推廣應(yīng)用問題，由于用戶還不了解它，在我國 SCF 的應(yīng)用還沒有普及。 在我國， 1978 年有的導(dǎo)師和在校研究生開始進(jìn)行這項(xiàng)研究工作，真正引起人們重視是 1980 年以后。 SCF 的應(yīng)用以聲頻范圍應(yīng)用為主體，工作頻率在 100kHz 之內(nèi)。當(dāng)前 MOS 電容值一般為幾皮法至 100pF 之內(nèi)，它具有（ 10～ 100）106/V 的電壓系數(shù)與（ 10～ 100） 106/℃ 的溫度系數(shù)，這兩個系數(shù)幾乎接近理想的境界?，F(xiàn)在 SC 技術(shù)已趨成熟。 1972 年，美國一個叫 Fried 的科學(xué)家發(fā)表了用開關(guān)和電容模擬電阻 R，說 SCF 的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)，這樣才引起人們的重視。使用最多的濾波器成為 “攔路虎 ”， RC 有源濾波器不能實(shí)現(xiàn) LSI，無源濾波 器和機(jī)械濾波器更不用說了，于是，人們只能另辟新徑。盡管有這么多問題， RC 有源濾波器的理論和應(yīng)用仍在持續(xù)發(fā)展中。 總之，由 RC 有源濾波器為原型的各類變種有源濾波器去掉了電感器，體積小，Q 值可達(dá) 1000，克服了 RLC 無源濾波器體積大， Q 值小的缺點(diǎn)。 1982 年由 Geiger、 Allen 和 Ngo提出用連續(xù)的開關(guān)電阻（ SR）去替代有源 RC 濾波器中的電阻 R，就構(gòu)成了 SRC濾波器，它仍屬于模擬濾波器。這樣容易集成，更重要的是提高了濾波器的精度，因?yàn)橛性?C 濾波器的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)。 1974 年產(chǎn)生了更高頻的 RC 有源濾波器，使工作頻率可達(dá) GB/4（ GB 為運(yùn)放增益與帶寬之積）。 70 年代初期，有源濾 波器發(fā)展引人注目， 1978 年單片 RC 有源濾波器問世，為濾波器集成邁進(jìn)了可喜的一步。 有源濾波器 有源濾波器由下列一些有源元件組成：運(yùn)算放大器、負(fù)電阻、負(fù)電容、負(fù)電感、頻率變阻器（ FDNR）、廣義阻抗變換器（ GIC）、負(fù)阻抗變換器（ NIC）、正阻抗變換器（ PIC）、負(fù)阻抗倒置器（ NII）、正阻抗倒置器（ PII）、四種受控源，另外，還有病態(tài)元件極子和零子。（ 3）按頻率通帶范圍分類 按頻率通帶范圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個類別，而梳形濾波器屬于帶通和帶阻濾波器，因 為它有周期性的通帶和阻帶。因此，我們不必苛求這種 “精確 ”分類，只是讓人們了解濾波器的大體類型，有個總體概念就行了。當(dāng)然，每個分類又可繼續(xù)分下去，總之，它們的分類可以形成一個樹形結(jié)構(gòu)，如圖所示。（ 1）按處理信號類型分類 按處理信號類型分類，可分為模擬濾波器和離散濾波器兩大類。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。 80 年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。自 60 年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70 年代以后的主攻方向。 1917 年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。最后分析出現(xiàn)誤差 的原因以及影響因素。在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、最方便、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略?，F(xiàn)在我們通過對濾波器器的原理