Administrator_巴特沃斯低通濾波器可用如下振幅的平方對99011..

1、巴特沃斯低通濾波器可用如下振幅的平方對頻率的公式表示:其中，=濾波器的階數(shù)|匕-=截止頻率=振幅下降為-3 分貝時(shí)的 頻率-=通頻帶邊緣頻率1 +典=I 日 3) I 在通頻帶邊緣的數(shù)值1四階巴特沃斯低通濾波器所示為0Hz四階巴特沃斯低通濾波電路。該電路利用0PA211雙運(yùn)放的高阻抗、低偏置電流的特點(diǎn)組成四階有源濾波 元件參數(shù)，電路的截止頻率為10Hz,增益為2.6，斜率為-24dB/倍頻程。為降低熱噪聲，一般選用比較低的電阻值， 容量增大了模擬濾波器在測試系統(tǒng)或?qū)Ｓ脙x器儀表中是一種常用的變換裝置。例如：帶通濾波器用作頻譜 分析儀中的選頻裝置；低通濾波器用作數(shù)字信號分析系統(tǒng)中的抗頻混濾波；高通

2、濾波器被用于 聲發(fā)射檢測儀中剔除低頻干擾噪聲；帶阻濾波器用作電渦流測振儀中的陷波器等等。下面就在低頻高階濾波電路中應(yīng)用較多的巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)交流下自己的做法。本設(shè)計(jì)只討論有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)，因?yàn)閹ò说屯ê透咄ǖ碾娐?，暫不分別討論。設(shè)計(jì)中運(yùn)放選擇TI產(chǎn)品典型的通用雙放LM358，LM358里面包括兩個高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻 率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，特點(diǎn)方面具 有低輸入偏置電流、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流，它的共模輸入電壓范圍較寬，差模輸入電壓 范圍等于電源電壓范圍，單電源供電電壓3-32V，雙電源供電1.5-16V，單位增益帶寬為1MHz

3、,適用于一般的帶通濾波器的設(shè)計(jì)，同時(shí)具有低功耗的功能，對于設(shè)計(jì)階數(shù)相對高一些的帶通 濾波器的話，可以選用TI的四運(yùn)放LM324，其性能與LM358大體相同，應(yīng)用起來節(jié)省空間。 對于運(yùn)放的要求此設(shè)計(jì)不是特別高，只要運(yùn)放的頻率滿足低通的截止頻率即可，如果精確度要 求高的話那么首先運(yùn)放的供電電壓要足夠穩(wěn)定，或者選擇精密運(yùn)放，如TLC274A，否則通用的即可，例如推薦TI的LM224四運(yùn)放。巴特沃斯帶通濾波器幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是從通帶到阻帶衰減較慢，如果 對于過渡帶要求稍高，可以增加階數(shù)來實(shí)現(xiàn)，否則改選用切比雪夫?yàn)V波電路。下面討論設(shè)計(jì)兩種帶通濾波器，其一為二階低通濾波器和二階高通濾波

4、器組成的四階帶通濾波 器，如下圖：-5圖1四階帶通濾波器參數(shù)選擇與計(jì)算：對于低通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取lOOOpF，對于高通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取O.luF,然后根據(jù)公式R=1/2nfc計(jì)算得出與電容相組合的電阻值，即得到此圖中R2、R6和R7,為了消除運(yùn)放的失調(diào)電流造成的誤差，盡量是運(yùn)放同相輸入端與反向輸入端對地的直流電阻基本相等， 同時(shí)巴特沃斯濾波器階數(shù)與增益有一定的關(guān)系(見表1)，根據(jù)這兩個條件可以列出兩個等式：30=R4*R5/(R4+R5)，R5=R4(A- 1),36=R8*R9/(R8+R9)，R8=R9(A-1)由此可以解出R4、R5、R8、R9，原則是根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況稍調(diào)

5、整電阻值保持在一定限度內(nèi)即可，不要相差太大，注意頻率不要 超過運(yùn)放的標(biāo)定頻率。表1巴特沃斯低通、高通電路階數(shù)與增益的關(guān)系BbS2481.1521.068L0382.25|.581.337R470K18KO.luFR61SKU1BLM35SPRSR9S:k3u16KU1ALM35SP C3C2 dHlOOOpF、R1Ponl二36KC4O.luF7-5二國2.483L8&92.61其二是二階有源帶通濾波器，只用一個放大區(qū)間，如下圖:圖2二階帶通濾波器原件參數(shù)的選取和計(jì)算同上方法。關(guān)于電容的選擇也可以用以下作為參考:表2二階有源濾波電容的選擇f(Hz)100*1000C(uF) 10-0.

6、10.1-0.010.01-0.0010.001-0.00010.0001-0.00001兩種設(shè)計(jì)最終對比，前者有更好的濾波效果，過渡區(qū)較短些，階數(shù)對濾波器的性能有明顯的影 響，為了加強(qiáng)對比，將圖2所示兩個模塊級聯(lián)起來，濾波效果和圖1大體相同，這兩種設(shè)計(jì)在 實(shí)際的低頻濾波中都是可行的。巴特沃斯濾波器與切比雪夫?yàn)V波器的比較 頻率濾波器大概分為帶通、帶阻、高通、低通。特性不同的模擬濾波器中經(jīng)典濾波器有Butterworth和Chebyshev。 其中，Butterworth濾波器特點(diǎn)是通帶 處幅值特性平坦，而Chebyshev濾波器則比前者的截至特性要好， 但通帶處的幅值有振蕩。 前面提到， 對于

7、數(shù)字濾波器而言，可以采用不同階數(shù)逼近相應(yīng)濾波器，濾波器性能還與濾波器的階數(shù)有關(guān)，一般 而言，階數(shù)越高，則逼近越精確，但計(jì)算代價(jià)也隨之上升，所以性能與代價(jià)總需要尋求一個平衡點(diǎn)。 對性能要求一定的情況下，如果對頻率截至特性沒有特殊要求，考慮采用Butterworth IIR濾波器。 因?yàn)镃hebeshev濾波器的波紋可能大多數(shù)情況下不能忍受。巴特沃斯多項(xiàng)式n壟項(xiàng)式因子民1（J+1）2S2亍T13（5 + IX”十5寸1）4?十0.7654J * lXr十1.8478 + 1）5（5 + 1X + 0,61805* 1X +1）6（r-H0J176s亍IX?斗L414J十1XH十L9318s十1）7

8、（slXr十0.44505十1）（F卡1.247s * 1X+1-S0225十1）8（?* 0.39865 - lXrr 1.1115- IX? + 1.66305+ IX? - 1.96225* 1）400Hz巴特沃斯低通濾波器此電路的截止頻率為400Hz適當(dāng)改變元件值可以調(diào)整截止頻率的大小巴特沃斯四階開關(guān)電容低通濾波器TLC04_路圖電路如圖所示。選用美國TI公司生產(chǎn)的巴特沃斯四階開關(guān)電容低通濾波器TLC04作為濾波電路的主要組成部分，采發(fā)器振蕩器自定時(shí)的雙電源供電。TLCO4的截止頻率的穩(wěn)定性只與時(shí)鐘頻率穩(wěn)定性相關(guān)，截止頻率時(shí)鐘可調(diào)，其時(shí)鐘-率比為50：1，因而設(shè)計(jì)截止頻率為1/1.69

9、XRF1X CF1X 50=251.8Hz,滿足了振動時(shí)效和振動焊接工藝的要求。8階巴特沃茲低通濾波器電路圖_電路圖朋 3 建蛙電剛小 TLCO4 刖腳說明& A（；NU 険摳竜1 EVK 時(shí)種輔丸蜒1 CLKH 時(shí)供電蟲a5 00 池就零無出曙 5圧電平瞎動端fVOC*品電飯盼人 JR4 VOC-蚯電鴿卷人瑤電訴斟媲DiE3cr;rwt:圖 9 11 8 階巴特沃茲低通謔跛瓣 耳特性如 F；截止頻辜為冊).衰減彳為-40 dB.輸入磯挾為 10 knt弊竦用抗為 MM) n 14 上.堆益為 HQ dB),電源為 40mA/l5V.,在絃止箕事為 1 klb 時(shí)+電跑中電阻坷*便用

10、10 Mh 電容薯數(shù)計(jì)算為 C.+C2-1 5O69Bx 10*F. C3+ C4- 1.622 7feMtr*F* G * C* 二 1 323 325 ID*F, G + Gt-1 914 140 IQF, + C|0= j8|MH7210 *F, Qi += 2.864 713 10* u= 3.104 956 x 10 忻 15 0910 *F,以 1：電容祁爰用成對并氐采用 1%荊屢的蒲膜電容這丘取置型話放懸傳值 改變電容値即町段變?yōu)V洩器的就止頻噺時(shí)例如，敲 止籍率為 2 Idk 時(shí)所有電容值在上述基戦匕均減去 *;*止頻率為 500 Hz 時(shí)”所宵電容備 擦酬丸 I 晤電路申運(yùn)放集用 NES534.并接 k】BpF 的相怕補(bǔ)糕電容皿 7 揄。OOtM6 時(shí)G 牛 宰 7OOlSiiFWDpF8階巴特沃茲低通濾波器電路圖INA111輸入低通濾波電路電路圖I所示為輸入低通濾波電路INA111為FET輸入，允許在輸入端采用