有源无源滤波器设计与对比.doc

有源与无源滤波电路的优缺点 摘要：本文文主要通过对二阶有源、无源滤波器电路的设计并用Mu ltisim10对其仿真结果，进一步总结概述有源无源滤波器的优缺点。 关键字: 有源 无源 Mu ltisim10 Abstract: This text mainly through second order active and passive filter circuit design and the simulation result of Mu ltisim10, further summarizes active passive filter paper of the merits and demerits. Keyword: active passive Mu ltisim10 1 引言 滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置， 在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波, 有源滤波可以使幅频特性比较陡峭, 而无源滤波设计简单易行, 但幅频特性不如有源滤波器, 而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶, 阶数越高, 幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC 有源滤波器具有输入阻抗高,输出阻抗低, 可提供一定增益, 截止频率可调等特点 。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种, 适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路, 采用EDA 仿真软件Mu ltisim10对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试, 从而实现电路的优化设计并且比较有源无源的优异差别。 2 二阶无源滤波器的设计分析 2.1 二阶无源滤波器的典型结构 二阶无源滤波器的设计跟二阶有源滤波的的区别是没有使用放大器，由有源部分设计的电路图很容易得到二阶无源滤波器的电路图如图4所示： 图1 二阶无源滤波器原理图 2.2 二阶无源滤波器的设计与仿真 经过推导，这种滤波器的传递函数为: 根据二阶低通滤波器典型电压转移函数： 可得增益常熟K=1，极点频率Wp=1/RC,品质因数Q=1/3。设计一个截止频率为10KHz二阶无源低通滤波器,于是可以求出电路中元件器的取值为:R1 = R2 = R = 4 kΩ; C1 = C2 = C = 4nF。用Multisim 10.0 仿真,电路图如图2所示: 图2 Multisim 10. 0 组建的仿真电路 幅频曲线如图3所示： 图3 二阶无源低通滤波器的幅频特性 3 二阶有源滤波器设计分析 3.1 二阶有源滤波器的典型结构 二阶有源滤波器的典型结构 如图4 所示。其中, Y1 ~ Y5 为导纳, 考虑到Up = UN , 根 据KCL 可求得： 图4 二阶有源滤波器的典型电路 上式( 1)是二阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式, 式中, Auf = 1+ RF /R 6。只要适当选择Yi, i取值1到5, 就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。 3.2 二阶有源低通滤波器特性分析 设Y1 = 1 /R 1, Y2 = SC1, Y3 = 0, Y4 = 1 /R 2, Y5 =SC2, 将其代入式( 1)中, 得到压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为： 上式( 2 ) 为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。 其中, ωn为特征角频率, Q称为等效品质因数。 3.3 二阶有源低通滤波器的设计与仿真 (1) 设计要求 设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路,要求通带使截止频率f = 100 kH z, 等效品质因数Q =1, 试确定电路中有关元件的参数值。为设计方便选取R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 则根据公式计算得：R1 = R2 = R = 40 kΩ; C1 = C2 = C = 2nF; R3 =10 kΩ, R4 = 5.83kΩ。本试验用Multisim 10.0 仿真,电路图如图5所示: (2)电路设计 图5 Multisim 10. 0 组建的仿真电路 幅频曲线如图6所示 图6 Multisim 仿真的幅频图 有源无源滤波器优异性比较 4.1 有源无源滤波器实验分析比较 由理论分析和结果图比较可得，有源滤波器在通频带内对信号进行了放大，使滤波器具有更大的灵活性，并且有源滤波器的Q值优于无源滤波器。从实验结果还可以看出，有源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差很小，而无源滤波器的截止频率的理论值跟实验值偏差比较大。 有源无源滤波器实际应用优势分析 4.2.1有源滤波器优特点 有源滤波器技术优势：　　 (1