有源低通滤波器

在上一个教程中,我们了解到了亚博彩票下载主动高通滤波器,高通滤波器使用被动RC滤波器以及OP-AMP电路设计。在本教程中,我们将了解有效的低通滤波器,并了解从低通转移到高通滤亚博彩票下载波器的转换仅仅是交换R和C组件。

如果您正在寻找有关无源过滤器的信息,请查看以下教程:亚博手机网无源低通RC滤波器无源高通RC滤波器

介绍

低通滤波器是一种过滤器,它将所有频率从DC传递到上截止频率fH,并拒绝此频率高于上方的任何信号。

在理想情况下,频率响应曲线在截止频率处下降。在实际应用中,信号不会突然下降,而是从过渡区逐渐下降到阻带区。

截止频率是指响应从通带下降-3 dB或70.7%的点。过渡区域意味着发生降低的区域。

停止带区域是指衰减主要发生在输入信号的区域。因此,该过滤器也称为高剪切过滤器或高音剪切滤波器。理想的响应如下所示。

不是使用单独的无源组件,活性低通滤波器由像OP-AMPS,FET和晶体管相结合的活性组件形成,与无源元件相结合。与无源滤波器相比,这些过滤器非常有效。引入有源过滤器以克服被动滤波器的缺陷。

一个简单的有源低通滤波器由一个运放组成。运算放大器将高阻抗信号作为输入,给出低阻抗信号作为输出。这个滤波电路中的放大器元件将增加输出信号的幅度。

通过放大器的这种动作,输出信号将变宽或更窄。滤波器的最大频率响应取决于电路设计中使用的放大器。

有效低通滤波器电路

在无源电路中,信号的衰减即输出信号的幅值小于输入信号的幅值。为了克服无源滤波器的这一缺点,设计了有源滤波器。一个无源低通滤波器连接到反相或非反相运放给我们一个简单的有源低通滤波器。

第一订单有源滤波器由具有RC电路的单个OP-AMP形成。下面示出了连接到运算放大器的非反相端子的简单RC无源滤波器。

图:有源低通滤波器

该RC电路将为放大器输入提供低频路径。放大器充当缓冲电路,提供Unity增益输出。该电路具有更多的输入阻抗值。即使OP-AMP的输入阻抗低于截止频率低于截止频率,该输入阻抗也受到等于R +1/JΩC的串联阻抗的限制。

连接在电路中的运放的输出阻抗总是很低。该电路将为滤波提供高稳定性。这种配置的主要缺点是电压增益是统一的。即使对于这个电路,由于输入阻抗低,输出功率也很高。

具有高电压增益的有源低通滤波器

上述有效的低通滤波器电路不提供比Unity增益更多。因此,我们使用以下电路提供高压增益。

当输入信号为低频时,信号将直接通过放大电路,但当输入信号为高频率时,信号将通过电容C1。通过该滤波电路,输出信号的幅度通过滤波器的通带增益来增大。

我们知道,对于非反相放大器电路,电压增益的大小通过其反馈电阻器r获得2除以相应的输入电阻R3.

这是如下所示

电压增益的幅度= {1 + (R2/ r3)}

电压增益有源低通滤波器

我们知道增益可以由频率分量得到,它如下所示

电压增益= V_out⁄V_in = A_max⁄√(1 +美国f / f_c〗^ 2)

在哪里

  • 一种马克斯=通过频段的增益= 1 + r_2/r_3
  • f =运行频率。
  • FC=截止频率。
  • V.=输出电压。
  • V.=输入电压。

当频率增加时,频率每增加10次,增益就减少20 dB。该操作如下所示

当工作频率f小于截止频率时,在低频下,那么

V./ V.=一个马克斯

当工作频率等于切断频率时,然后

V./ V.=一个马克斯/√2 = 0.707马克斯

当工作频率小于切断频率时,那么

V./ V.<一个马克斯

通过这些方程,我们可以说,在低频下电路增益等于最大增益,并且在高频下电路增益小于最大增益a马克斯

当实际频率等于截止频率时,那么增益等于A的70.7%马克斯。这样我们就可以说,频率每增加10倍,电压的增益就除以10。

电压增益幅度(dB): A马克斯= 20日志10.(V/ V.

在-3 dB频率处,增益为:

3 db A.马克斯= 20日志10.{0.707(v/ V.)}

有源低通滤波器示例

我们考虑一个截止频率为160hz,输入阻抗为15kΩ的非反相有源低通滤波器。假设在低频时该电路的电压增益为10。

DB中的增益为20次(a马克斯)= 20log(10)= 20 dB

我们知道电压增益是:

一种马克斯= 10 = 1 +(r2/ R.1

让电阻器r1是1.2 kΩ

R.2r = 91= 9 x 1.2k = 10.8 kΩ

因此获得的r210.8 kΩ。由于这个值不存在,我们可以把最接近的首选标准值看作11 kΩ。

通过考虑截止频率方程,我们可以获得电容值。

FC= 1 /2πrc

以C为主要变量,可以得到:

C = 1 / 2πfCR.

将输入阻抗值替换为15kΩ,f_c值为160 hz。

因此C =0.068μF。

由得到的值我们可以得到有源低通滤波器如下:

图:有源低通滤波器示例1

频率响应

有源滤波器的响应如下图所示。

图:有源低通滤波器示例2

二阶有效低通滤波器

图:二阶有效低P iss过滤器

仅通过向第一阶的额外RC电路添加到第一阶低通滤波器时,电路的行为正如二阶滤波器。上面示出了二阶滤波器电路。

上述电路的增益为A马克斯= 1 + (r2/ R.1

二阶低通滤波器的截止频率为fC= 1 / 2π√(c1C2R.3.R.4.

除了停止频带的滚动之外,二阶滤波器和第一阶滤波器的频率响应和设计步几几乎相同。二阶滤波器的滚动值为40dB /十年或12dB / octave的第一阶滤波器的折叠值为“。”滤波器更加陡峭。

活性低通滤波器的应用

  • 在电子亚博最新官网网址领域,这些滤波器被广泛应用于许多领域。这些滤波器被用作音频扬声器中的嘶嘶声滤波器,以减少系统中产生的高频嘶嘶声,这些被用作低音炮的输入。
  • 这些也用于均衡器和音频放大器。在模拟数字转换中,这些被用作控制信号的抗混叠滤波器。在数字滤波器中,这些用于模糊图像,平滑数据信号集。在无线电发射机中屏蔽谐波发射。
  • 在声学中,这些滤波器用于过滤高频信号,从传输的声音,将导致回声在更高的声音频率。

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