一文详解有源高通滤波电路

2024-09-23 合作案例


  将允许高于截止频率的频率,并衰减低于截止频率的频率。在某些情况下,此滤波器也称为“低切”滤波器或“基切”滤波器。衰减量或通带范围将取决于滤波器的设计参数。

  有源滤波器的通带增益大于单位增益。有源高通滤波器的工作原理与无源高通滤波器相同,但主要不同之处在于有源高通滤波器使用运算放大器,它提供输出信号的放大和控制增益。

  我们知道,高通滤波器会将频率从截止频率点传递到“无穷大”频率,这在实际考虑中是不存在的。除了该有源高通滤波器中的无源高通滤波器外,最大频率响应还受到运算放大器开环特性的限制。

  通过将无源RC高通滤波器电路连接到运算放大器的反相或同相端子,我们大家可以得到一阶有源高通滤波器。连接到单位增益运算放大器同相端的无源RC高通滤波电路如下图所示。

  其操作与无源高通滤波器相同,但输入信号由输出端的放大器放大。放大量取决于放大器的增益。

  通带增益的幅度等于1+(R3/R2).其中R3是反馈电阻,单位为Ω(欧姆)和R2是输入电阻。带放大的有源高通滤波器电路如下

  在低频时,即当工作频率小于截止频率时,电压增益小于通带增益A.max.在高频下,即当工作频率大于截止频率时,滤波器的电压增益等于通带增益。

  有源高通滤波器的相移等于无源滤波器的相移。它等于截止频率fC处的+45°,该相移值等于

  在有源高通滤波器的频率响应中,最大通带频率受带宽或运算放大器开环特性的限制。由于此限制,有源高通滤波器响应将类似于宽带滤波器响应。

  通过使用这种基于运算放大器的有源高通滤波器,我们可以通过使用低容差电阻和电容器来实现高精度。

  我们知道,有源高通滤波器可以通过使用运算放大器的反相端或同相端来设计。到目前为止,我们看到了同相有源高通滤波器的高通滤波器电路和响应曲线。现在让我们看看使用反相运算放大器的有源高通滤波器。

  我们将截止频率值视为10KHz,通带增益A.max为1.5,电容值为0.02μF

  通过使用这个方程,让我们将频率范围的响应制成表格,以绘制滤波器的响应曲线KHz。

  为了分析电路频率响应,使用此波特图。它只不过是线性、时变与频率的传递函数的曲线。这是用对数频率轴绘制的。它主要由两个地块组成;一个是幅度图,另一个是相位图。

  根据计算的值,在频率10Hz时,以dB为单位获得的滤波器增益为-56.48。如果我们将频率值增加到100Hz,则获得的增益为-36.48dB,在频率为500Hz时,滤波器的增益为-22.51dB。

  在频率1000Hz时,以dB为单位的增益为-16.52。我们可以说,如果频率增加,滤波器的增益将以20dB/十倍频程的速率增加。

  截止频率为10KHz时,滤波器的增益增加,但在截止频率之后,增益达到最大值且恒定。

  二阶有源滤波器频率响应与二阶有源低通滤波器响应完全相反,因为该滤波器会将电压衰减到截止频率以下。二阶滤波器的传递函数如下所述Vout(s)/Vin(s)=-Ks²/s²+(ω0/Q)s+ω0²

  二阶有源滤波器的设计过程与一阶滤波器的设计过程相同,因为唯一的变化是滚降。如果一阶有源高通滤波器的滚降为20dB/十倍频程,则二阶滤波器的滚降为40dB/十倍频程。

  我们设计一个截止频率为4KHz的滤波器,阻带中的延迟率为40dB/十倍频程。由于阻带中的延迟率为40dB/十倍频程,我们可以清楚地说该滤波器是二阶滤波器。

  通过级联一阶滤波器和二阶滤波器,我们能够获得三阶滤波器。当我们级联两个二阶滤波器时,我们大家可以得到四阶滤波器。像这样,在一阶和二阶滤波器的帮助下,我们得到了高阶滤波器。

  随着滤波器阶数的增加,实际阻带与理论阻带之差增大。但是高阶滤波器的总增益是相等的,因为我们已看到决定频率响应值的电阻和电容是相同的。

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