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有源滤波的含义

 发布时间:2019-03-26

依据对频率范围的挑选不同,可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器,它们的幅频特性如图2-1所示。

具有抱负幅频特性的滤波器是很难完成的,只能用实践的幅频特性去逼近抱负的。一般来说,滤波器的幅频特性越好,其相频特性越差,反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络的节数越多,元件参数核算越繁琐,电路调试越困难。任何高阶滤波器均能够用较低的二阶RC有源滤波器级联完成。

(一)规划原理

滤波器是一种能使有用频率信号通过而一起按捺(或衰减)无用频率信号的电子电路或设备。在工程上,常用它来进行信号处理,数据传送或按捺干扰等。以往滤波器主要选用无源元件R、L、和C组成,现在一般用集成运放、R、C组成,常称为有源滤波器。

在一个实践的电子体系中,有时输入信号往往受干扰等原因此含有一些不必要的成分,应当把它衰减到满足小的程度。而在另一些场合,有时咱们需求的信号和其他信号混在一起,应当 设法把咱们需求的信号挑出来。要解决这些问题都需求选用有源滤波器。

用在体系可编程模拟器材完成有源滤波器的规划非常便利。通常用三个运算放大器就能够完成双二阶型函数的电路。而双二阶型函数能完成一切的滤波器函数,如低通、高通、带通、带阻。双二阶函数的表达式如3-17-1所示,式中m=1或0,n=1或0。

3-17-1

这种电路的灵敏度适当低,电路容易调整。另一个明显特点是只需添加少数的元件就能完成各种滤波函数。3.16节可知ispPAC10、ispPAC20器材结构与功用,完成这样的电路很容易。首要讨论低通滤波器的搬运函数如3-17-2式。

3-17-2

3-17-3

3-17-4

3-17-4式可写成3-17-5式办法

b=k1k2 3-17-5

3-17-1为双二阶有源滤波器方框图。

不难看出方框图中的函数能够分别用反相器电路、积分电路、有损积分电路来完成。把各个运算放大器电路代入3-17-1的方框图即可得到3-17-2电路。

但是现在已不再需求电阻、电容、运放搭电路了,调试电路了。运用在体系可编程器材能够很便利的完成此电路。ispPAC10能够完成方框图中的每一个功用块。PAC块能够对两个信号进行求和或求差,K为可编程增益,电路中把K11、K12、K22设置成+1,把K12设置成-1。因此三运放的双二阶型函数的电路用两PAC块就能够完成。在开发软件中运用原理图输入办法,把两个PAC块衔接起来。

电路的CF是反馈电容值,Re是输入运放的等效电阻。其值为250kΩ。两个PAC块是输出分别为Vo1和Vo2。能够分别得到两个表达式,3-17-6表达式为带通函数、

3-17-6

3-17-7表达式为低通函数

3-17-7

实践运用ispPAC进行滤波器的规划时,一般在其开发软件PAC-Designer中含有一个宏,专门用于滤波器的规划,规划者只需依据所要求挑选不同类型,不同性能方针的滤波器装备电路,不需求自己衔接电路,只需输入滤波器的相应方针。如fo、Q等参数,即可主动发生滤波器电路。例如:用ispPAC10或ispPAC20规划时,需求在主动生产的滤波器电路里设置相应的增益和电容值。然后用模拟器模拟出所规划滤波器的幅频和相频特性。并与现实进行较,是否契合技能要求。

例如:依据3-17-6和3-17-7给出的方程,输入相应的技能方针,便能够在PAC Designer软件中滤波器规划的宏里主动发生双二阶滤波器电路,增益和相应电容值依据需求进行设置。开发软件中还有一个模拟器,用于模拟滤波器的幅频和相频特性。

(二).ispPAC器材规划有源滤波器举例

ispPAC80是lattice公司继ispPAC10和ispPAC20后推出的一种专门用来完成高性能连续时刻低通滤波器的模拟可编程器材。该器材内部包含了外表放大器增益级,内核是一个五阶滤波器,其软件规划办法与ispPAC10、ispPAC20稍有不同。

每一片ispPAC80器材能够一起存储两组不同参数的五阶滤波器装备(cfgA和cfgB),在进行规划前其默认值是空的(cfgA.unknown,cfgB.unknown)。ispPAC80软件库中含有八千多种不同类型和参数的五阶滤波器库,规划者能够调用该库然后便利地完成规划。例如:先规划第一个装备(cfgA):双击cfA unkown地点的矩形框,发生如图3-17-7所示的五阶滤波器库。

该库中含有各种不同类型的滤波器,如萨顿斯滤波器(Satons)、巴塞尔滤波器(Bessel)、线性滤波器、高斯滤波器(Gaussian),巴特沃斯滤波器(Butterworth)、椭圆滤波器等,每种类型的滤波器依据其参数值的不同,又分为不同的具体型号,共8244种。规划者只需求具备关于滤波器技能方针等知识,如通带频率、止带频率、止带衰减,相位线性度,群延时等。规划者依据所需求的规划的方针滤波器的各项方针的数据,从数据库里挑选出与方针技能方针比较挨近(相差不会超越3.0﹪)的组构计划。比方依据规划规划要求选定一种滤波器,如第4001种(ID号为4000)的椭圆滤波器,双击该ID号,将该种滤波器拷贝进ispPAC80的第一组装备ConfigurationA中。

双击输入运用运放IA图形,能够调整输入增益倍数(1.2.5或10)。同样,双击wakeup=cfgA的梯形图标,能够设置激活装备cfgA或cfgB。在上述规划输入结束后,软件就可主动完成对滤波器的电路进行衔接与参数装备。规划输入结束后,按Tool=Run Simulator菜单,可对规划进行仿真,办法与3.16节相同。若仿真成果仍与规划要求有所偏差,则还能够调整3-17-8中滤波器的参数C1、C2、C3、C4、L2、L4和C5(双击该处即可进入参数调整状况)。

(二)spPAC80的特性曲线如3-17-10所示,供规划参考

三、规划使命

1. 低通五阶滤波器增益为1,转机频率为10kHz,通带内允许最大波动为±1dB。

2. 规划一双二阶有源滤波器,要求完成低通、带通、高通输出。带通中心频率fo为10kHz,低通、高通转机频率均为10kHz,增益为2。

四、实验内容及步骤

1.画出所规划有源滤波器原理图

2.用PAC-Designer软件依据规划要求规划出滤波器,打印出仿真曲线,并把规划好的滤波器下载到相应的芯片里。

3. 在实验仪器对芯片进行测试,芯片里的滤波器性能方针是否契合要求。

五.实验仪器及器材

所用仪器同3.16

ispPAC20、ispPAC10、ispPAC80适配板各一块。

有源滤波器

70年代初期,日本学者就提出了有源滤波器APF(Active Power Filter)的概念,即运用可控的功率半导体器材向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的意图。

与无源滤波器比较,AFP具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可按捺闪变、补偿无功,有一机多能的特点;滤波特性不受体系阻抗的影响,可消除与体系阻抗发生谐振的风险;具有自适应功用,可主动跟踪补偿变化着的谐波。

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