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模拟滤波电路设计
目录
背景知识
干扰和噪声
滤波器的作用
模拟滤波器的分类
滤波电路的阶数
滤波电路的通频带
滤波电路其它指标
无源与有源滤波电路
不同类型滤波电路的特点
滤波电路设计示例
利用Ti公司的webench进行设计
利用fiter solution软件进行设计
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背景知识——干扰和噪声
干扰:受外部系统影响而产生误差电压和电流现象
生物医学信号微弱,系统具有高灵敏度,易把干扰引入测试系统
处于强电磁场环境:50Hz工频干扰
噪声:来自系统内部的随机扰动,由系统材料及元器件产生
1/f噪声,又称闪烁噪声或低频噪声,发生在两导体的连接处
热噪声,热噪声是导体中载流子随机热运动引起的,电阻、电容、电感、运放等均产生热噪声
散粒噪声,在半导体器件中,载流子产生与消失的随机性,使得流动着的载流子数目发生波动,由
此引起电流瞬时涨落,属于白噪声
第2页/共23页
背景知识——滤波器的作用
滤波器也可称为选频网络
信号的幅度、相位都会发生变化
第3页/共23页
模拟滤波器的分类
根据是否使用运放:无源滤波电路
有源滤波电路
根据通带频率范围:低通滤波电路
高通滤波电路
带通滤波电路
带阻滤波电路
根据电路拓扑结构:MFB滤波电路
Sallen key滤波电路
根据滤波特性: 巴特沃斯滤波电路
贝塞尔滤波电路
切比雪夫滤波电路
椭圆滤波电路
这种分类是对滤波电路不同维度的描述,实际使用中,四阶巴特沃斯低通有源滤波器
第4页/共23页
滤波电路的阶数
判断方法:
独立动态元件的个数;
传递函数中极点的个数;(H(s)=B(s)/A(s))
意义:
衡量滤波的效果,阶数越高,滤波效果越好。
比如1阶滤波电路的衰减陡度不会超过-6db/oct,(oct为每倍频),为了增大衰减
陡度,就需要提高滤波电路的阶数
第5页/共23页
滤波电路的通频带
第6页/共23页
滤波电路其它参数
第7页/共23页
无源滤波电路
RC低通滤波器
Vo(jw)=T(jw)· Vi(jw)
Uo(t)=H(t)*Ui(t)
第8页/共23页
有源滤波电路
2阶Sallen key型低通有源滤波电路
第9页/共23页
无源滤波电路与有源滤波电路的比较
无源滤波电路
优点:无源滤波器具有结构简单、成 本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低
缺点: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
有源滤波电路
优点:可动态滤除各次谐波,对系统内的谐波能够完全吸收;不会产生谐振。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。
缺点:通带范围受有源器件的带宽限制,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
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不同类型滤波电路的幅度平方响应
巴特沃斯滤波电路
切比雪夫I型滤波电路
切比雪夫II型滤波电路
贝塞尔滤波电路
椭圆滤波电路
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