有源滤波电路的研究

何建莹，屠 华

(浙江海洋学院，浙江舟山 316000)

滤波器是一种选频电路，它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。按选通频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通及带阻等类型。因为运算放大器是有源元件，所以由它组成的这种滤波器称为有源滤波器［1］。

按滤波器阶数不同可分为一阶和高阶，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［2］。

1 实验原理

低通:一阶有源低通滤波电路是一个一级RC低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开来。由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此，其带负载的能力得到了加强。若要求此电路不仅有滤波功能，并且可以起到电压放大作用，则只需要将电路中的电压跟随器改为同相比例放大电路即可［3-6］。

1.1 有源低通滤波器

有源低通滤波器原理及实验，如图1～2所示。

图1 有源低通滤波器原理图

图2 有源低通滤波器实验图

有源低通滤波器各参数的关系如下:

根据同相比例运算电路得出

截止角频率

n阶巴特沃思传递函数:

传递函数:

其模为

辐角为

1.2 有源高通滤波器

有源高通滤波器原理及实验如图3～4所示。

图3 有源高通滤波器原理图

图4 有源高通滤波器实验图

有源高通滤波器各参数的关系如下:

根据同相比例运算电路得出:

截止角频率

传递函数:

其模为

辐角为

2 调试方案设计

2.1 实验仪器

FB715型设计性物理实验装置、示波器GOS-6021、运算放大器LF353P、导线若干。低通:两个1 kΩ电阻、一个0.1μF电容、两个电位器。高通:100Ω 、200Ω、1 kΩ 电阻各一个、一个0.1μF电容。

2.2 调试步骤

(1)按低通电路原理图将电路图连接好;

(2)分别将输入端与输出端接入示波器中;

(3)调节输入端电压的频率并记录下不同频率下的输出端电压峰峰值;

(4)按高通电路原理图将电路图连接好，重复上述步骤即可。

3 实验数据图表

3.1 有源低通滤波器

有源低通滤波器数据见表1，幅频特性见图5。

表1 数据表

图5 有源低通滤波器幅频特性

3.2 有源高通滤波器

有源高通滤波器数据见表2，幅频特性见图6。

表2 数据表

图6 有源高通滤波器幅频特性

4 结 论

由有源滤波器的幅频特性可知，有源滤波的幅频特性比较陡峭，且不同的滤波器对于信号有不同的作用，低通滤波器具有使低频信号较易通过而抑制较高频率信号的作用;高通滤波器具有使高频信号较易通过而抑制较低频率信号的作用。具有很强的实用性。

5 结束语

滤波器是一种使有用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置［7］，有源滤波器可以提高配电网供电可靠性及电能质量，同时利用有源滤波技术对配电网进行综合电能质量补偿也会带来显著的经济效益。目前，有源滤波技术已在美、日等少数工业发达国家得到了广泛应用［8］。

［1］秦增煌.电工学简明教程［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］桂静宜.源低通电路的设计与分析［J］.电子科技，2010，23(10).

［3］杨黎.有源低通滤波器［Z］.2012.11.

［4］康光华.电子技术基础-模拟部分［M］.5版，北京:高等教育出版社，2006.

［5］习大力.巧设串联型晶体管直流稳压电源过载保护新形式［J］.大学物理实验，2013(3):18-19.

［6］谭少轩，李平舟.激光多普勒测速实验的研究分析［J］.大学物理实验，2012(2):38-41.

［7］杨素行.模拟电子技术基础简明教程［M］.2版，北京:高等教育出版社，2005.

［8］胡铭，陈珩.有源滤波技术及应用［Z］.2007.05.29.