有源模拟带通滤波器课程设计方案Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:14161788
- 上传时间:2022-10-19
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:496.60KB
有源模拟带通滤波器课程设计方案Word文档下载推荐.docx
《有源模拟带通滤波器课程设计方案Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《有源模拟带通滤波器课程设计方案Word文档下载推荐.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高通滤波器:
它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。
、
带通滤波器:
它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
、
带阻滤波器:
它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。
2.3按所采用的元器件
按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
2.3.1、无源滤波器:
仅由无源元件(R、L和C)组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。
这类滤波器的优点是:
电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;
缺点是:
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。
2.3.2、有源滤波器:
由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。
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(由于不使用电感元件);
通带范围受有源器件(如集成运算放大器)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。
1)基本原理:
有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。
它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。
指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。
2)应用
通信行业为了满足大规模数据中心机房的运行需要,通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。
据调查,通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。
其产生的谐波含量都较高,且这些谐波源设备的位移功率因数极高。
通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性,延长通信设备及电力设备的使用寿命,并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。
2.4无源滤波器和有源滤波器,存在以下的区别:
2.4.1工作原理
无源滤波器由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道;
而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流,补偿后的源电流几乎为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出。
2.4.2谐波处理能力
无源滤波器只能滤除固定次数的谐波;
但完全可以解决系统中的谐波问题,解决企
业用电过程中的实际问题,且可以达到国家电力部门的标准;
有源滤波器可动态滤除各次谐波。
2.4.3系统阻抗变化的影响
无源滤波器受系统阻抗影响严重,存在谐波放大和共振的危险;
而有源滤波不受影响。
2.4.4频率变化的影响
无源滤波器谐振点偏移,效果降低;
有源滤波器不受影响。
2.4.5负载增加的影响
无源滤波器可能因为超载而损坏;
有源滤波器无损坏之危险,谐波量大于补偿能力时,仅发生补偿效果不足而已。
2.4.6负载变化对谐波补偿效果的影响
无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化;
有源滤波器不受负载变化影响。
2.4.7设备造价
无源滤波器较低;
有源滤波器太高。
2.4.8应用场合对比分析
1.有源滤波容量单套不超过100KVA,无源滤波则无此限制;
2.有源滤波在提供滤波时,不能或很少提供无功功率补偿,因为要占容量;
而无源滤波则同时提供无功功率补偿。
3.有源滤波目前最高适用电网电压不超过450V,而低压无源滤波最高适用电网电压可达3000V。
4.无源滤波由于其价格优势、且不受硬件限制,广泛用于电力、油田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、汽车、电铁、新能源等行业;
有源滤波器因无法解决的硬件问题,在大容量场合无法使用,适用于电信、医院等用电功率较小且谐波频率较高的单位,优于无源滤波。
3运放741
uA741M,uA741I,uA741C(单运放)是高增益运算放大器,用于军事,工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式,差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。
uA741M,uA741I,uA741C芯片引脚和工作说明:
1和5为偏置(调零端),2为正向输入端,3为反向输入端,4接地,6为输出,7接电源8空脚
基本电压正负5V正负12V正负15V。
此次电路还需要示波器等元件。
三带通滤波器
1.1简介
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
1.2带通滤波器的工作原理:
[1]
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带,例如在通带内没有增益或者衰减,并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉,另外,通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上,并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。
通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外,带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域,很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据,这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率,这里滤波器的增益最大,滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器,以选出各个不同频段的信号,在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
这种有源带通滤波器的中心频率,在中心频率处的电压增益,品质因数,3dB带宽也可根据设计确定的Q、fo、Ao值,去求出带通滤波器的各元件参数值。
,,。
上式中,当时,C取0.02。
此电路亦可用于一般的选频放大。
有源带通滤波器电路,此电路亦可使用单电源,只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。
2二阶有源模拟带通滤波器的设计
2.1基本参数的设定
二阶有源模拟带通滤波器电路,如图1所示。
图中R1、C2组成低通网络,R3、C1组成高通网络,A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路,三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器,以下均简称为二阶带通滤波器。
根据图l可导出带通滤波器的传递函数为
式(5)为二阶带通滤波器传递函数典型表达式,其中ω0称为中心角频率。
令s=jω,代入式(4),可得带通滤波器的频率响应特性为
可画出其幅频响应曲线,如图2所示。
图中,当ω=ω0时,电压放大倍数最大。
带通滤波器的通频带宽度为BW0.7=ω0/(2πQ)=f0/Q,显然Q值越高,则通频带越窄。
通频带越窄,说明其对频率的选择性就越好,抑制能力也就越强。
理想的幅频特性应该是宽度为BW0.7的矩形曲线,如图3(a)所示。
在通频带内A(f)是平坦的,而通带外的各种干扰信号却具有无限抑制能力。
各种带通滤波器总是力求趋近理想矩形特性。
然而实际设计出来的带通滤波器的幅频特性曲线,如图3(b)所示。
在工程上,定义增益自A(f0)下降3dB(即0.707倍)时的上、下限频率之差值为通频带,用BW0.7表示。
要求其值大于有用信号的频谱宽度,保证信号的不失真传输。
综上分析可知:
当有源带通滤波器的同相放大倍数变化时,既影响通带增益A0,又影响Q值(进而影响通频带BW0.7),而中心角频率ω0与通带增益A0无关。
3.1.2课题要求
带通滤波的设计
设计要求:
要求设计一个有源二阶带通滤波器,通带中心频率为500Hz,通带中心频率处的电压放大倍数为10;
带宽为50Hz。
根据要求,选用相应的元件实现带通滤波器电路,并对进行仿真和制作,并能利用相关仪器测量其技术指标,通过示波器观察结果。
通带中心频率
通带中心频率处的电压放大倍数:
带宽:
设计方案
为了能了解二阶带通滤波器在实际电路中应用的效果,设计了如图1的电路进行实验验证。
图中U1A部分为放大电路,UlB部分为二阶带通滤波器电路。
根据式
(2)~式(4),设计出了中心频率在500Hz附近,品质因素Q为10,频带宽度约为50Hz的二阶带通滤波器。
有题可知Q=10;
f=500HZ;
BW=50HZ;
Au=10
经查表的到所要的数据
由Q=10,K=10,可查表得各电阻阻值.
因为k=100/(f。
*c)=10
得
元件
K
Q
R1
1
3.183
6.366
9.549
12.732
15.915
19.099
25.465
31.831
2
1.592
4.755
7.958
4
0.796
2.387
3.979
6
0.531
1.061
2.122
2.653
4.244
5.305
8
0.398
1.194
1.989
10
0.318
0.637
0.955
1.273
1.910
2.546
R2
2.251
2.864
2.532
2.459
2.416
2.352
2.322
5.668
3.741
2.925
2.788
2.684
2.589
2.502
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 有源 模拟 带通滤波器 课程设计 方案