有源濾波電路的研究

何建瑩，屠 華

(浙江海洋學院，浙江舟山 316000)

濾波器是一種選頻電路，它能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內的信號順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。按選通頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通及帶阻等類型。因為運算放大器是有源元件，所以由它組成的這種濾波器稱為有源濾波器［1］。

按濾波器階數不同可分為一階和高階，階數越高，幅頻特性越陡峭。高階濾波器通?？捎梢浑A和二階濾波器級聯而成。采用集成運放構成RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調等特點［2］。

1 實驗原理

低通:一階有源低通濾波電路是一個一級RC低通電路的輸出端再加上一個電壓跟隨器，使之與負載很好的隔離開來。由于電壓跟隨器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，因此，其帶負載的能力得到了加強。若要求此電路不僅有濾波功能，并且可以起到電壓放大作用，則只需要將電路中的電壓跟隨器改為同相比例放大電路即可［3-6］。

1.1 有源低通濾波器

有源低通濾波器原理及實驗，如圖1～2所示。

圖1 有源低通濾波器原理圖

圖2 有源低通濾波器實驗圖

有源低通濾波器各參數的關系如下:

根據同相比例運算電路得出

截止角頻率

n階巴特沃思傳遞函數:

傳遞函數:

其模為

輻角為

1.2 有源高通濾波器

有源高通濾波器原理及實驗如圖3～4所示。

圖3 有源高通濾波器原理圖

圖4 有源高通濾波器實驗圖

有源高通濾波器各參數的關系如下:

根據同相比例運算電路得出:

截止角頻率

傳遞函數:

其模為

輻角為

2 調試方案設計

2.1 實驗儀器

FB715型設計性物理實驗裝置、示波器GOS-6021、運算放大器LF353P、導線若干。低通:兩個1 kΩ電阻、一個0.1μF電容、兩個電位器。高通:100Ω 、200Ω、1 kΩ 電阻各一個、一個0.1μF電容。

2.2 調試步驟

(1)按低通電路原理圖將電路圖連接好;

(2)分別將輸入端與輸出端接入示波器中;

(3)調節輸入端電壓的頻率并記錄下不同頻率下的輸出端電壓峰峰值;

(4)按高通電路原理圖將電路圖連接好，重復上述步驟即可。

3 實驗數據圖表

3.1 有源低通濾波器

有源低通濾波器數據見表1，幅頻特性見圖5。

表1 數據表

圖5 有源低通濾波器幅頻特性

3.2 有源高通濾波器

有源高通濾波器數據見表2，幅頻特性見圖6。

表2 數據表

圖6 有源高通濾波器幅頻特性

4 結 論

由有源濾波器的幅頻特性可知，有源濾波的幅頻特性比較陡峭，且不同的濾波器對于信號有不同的作用，低通濾波器具有使低頻信號較易通過而抑制較高頻率信號的作用;高通濾波器具有使高頻信號較易通過而抑制較低頻率信號的作用。具有很強的實用性。

5 結束語

濾波器是一種使有用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置［7］，有源濾波器可以提高配電網供電可靠性及電能質量，同時利用有源濾波技術對配電網進行綜合電能質量補償也會帶來顯著的經濟效益。目前，有源濾波技術已在美、日等少數工業發達國家得到了廣泛應用［8］。

［1］秦增煌.電工學簡明教程［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］桂靜宜.源低通電路的設計與分析［J］.電子科技，2010，23(10).

［3］楊黎.有源低通濾波器［Z］.2012.11.

［4］康光華.電子技術基礎-模擬部分［M］.5版，北京:高等教育出版社，2006.

［5］習大力.巧設串聯型晶體管直流穩壓電源過載保護新形式［J］.大學物理實驗，2013(3):18-19.

［6］譚少軒，李平舟.激光多普勒測速實驗的研究分析［J］.大學物理實驗，2012(2):38-41.

［7］楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程［M］.2版，北京:高等教育出版社，2005.

［8］胡銘，陳珩.有源濾波技術及應用［Z］.2007.05.29.