并联型有源滤波器的应用场合
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南京理工大学
硕士学位论文
微波有源滤波器的研究与设计
姓名：吴俊岭
申请学位级别：硕士
专业：通信与信息系统
指导教师：王雷
南京理1火学硕士论文
微波有溉波器的研究与设计
微波滤波器在通信、信号处理、雷达、等各种电路系统中具有广泛的应用。
随着科技的发展，小型化，集成化是当今工程应用的主流，而传统的微波无源滤
波器在这些应用方面有很大的局限性，有源微波滤波电路却在这些方面具有非常
大的优势。因此使用EDA软件技术来实现有源滤波器的设计及研究具有一定的
理论及现实意义。
论文首先介绍了微波滤波器的发展及其现状，较为系统的介绍了有关微波有
源滤波器的基础一微带传输线、有关微波网络及放大器方面的理论；对微波有源
滤波器的设计理论及方法进行了一定的探讨，对带通滤波器单元电路进行了研究；
利用ADS软件进行了微波有源滤波器电路的具体设计、优化；对实现的电路进行
相关改进，仿真效果较为合理可行；在此基础上，进行了电路的实际制作和测试。
微波滤波器，放大器，ADS，匹配
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usedincommunication,signalprocessing
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RC有源滤波器的快速设计
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所属分类：消费类电子
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RC有源滤波器的快速设计第 7 节 RC 有源滤波器的快速设计 [学习要求]
掌握低通、高通、带通、带阻等最基本的二阶 RC 有源滤波器的快速设
计方法与性能参数的测试技术。
[重点与难点]
重点：二阶 RC 有源滤波器的快速设计方法。 难点：二阶 RC 滤波器的传输函数。
[理论内容]
一、滤波器的传输函数与性能参数
由 RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器，其功能是让一定频率 范围内的信号通过， 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。 因受运算放大器带宽限制， 这类滤波器仅适用于低频范围。根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻等四 种滤波器，它们的幅频特性如图所示。具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际
特性去逼近理想的。常用的逼近方法是巴特沃斯 (butterwoth) 最大平坦响应和切比雪夫 (chebyshex)等波动响应。在不允许带内有波动时，用巴特沃斯响应较好。如果给定带内所允 许的纹波差，则用切比雪夫响应较好。
二、二阶 RC 滤波器的传输函数
二阶 RC 滤波器的传输函数如表 1 所示。 其常用电路有电压控制电压源(VCVS)电路 和无限增益多路反馈(MFB)电路。图(a)所示电路为压控电压源电路，其中运放为同相输 入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称电压控制电压源电 路。其优点是电路性能稳定、增益容易调节。图(b)所示电路为无限增益多路反馈电路， 其中运放为反相输入，输出端通过 C1、R2 形成两条反馈支路，故称无限增益多路反馈 电路。其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节对其性能参数会有影响，
故应用范围比 VCVS 电路要小。
表 1 二阶 RC 滤波器的传输函数 类 型 传 输 函 数 性 能 参 数
A(s ) = s2 +
A(s ) = s2 +
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京ICP备号-2 北京市公安局备案：&&&&京公网安备73有源滤波器的应用场合
有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。根据应用对象不同，HTAPF-I型有源电力滤波器的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。 　　■ 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。 　　■ 半导体行业　　大多数半导体行业的3次谐波非常严重，主要是由于企业中使用了大量的单相整流设备。3次谐波属于零序谐波，具备在中性线汇集的特点，导致中性线压力过大，甚至出现打火现象，存在着极大的生产安全隐患。谐波还会造成断路器跳闸，耽误生产时间。3次谐波在变压器内形成环流，加速了变压器的老化。严重的谐波污染必然对配电系统中的设备使用效率和寿命造成影响。 　　■ 石化行业　　由于生产的需要，石化行业中存在着大量泵类负载，并且不少泵类负载都配有变频器。变频器的大量应用使石化行业配电系统中的谐波含量大大增加。目前绝大部分变频器整流环节都是应用6脉冲将交流转化为直流，因此产生的谐波以5次、7次、11次为主。其主要危害表现为对电力设备的危害及在计量方面的偏差。使用有源滤波器可以很好地解决这方面的问题。 　　■ 化纤行业　　为大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化质量，以及延长炉龄、节省能源，在化纤行业常用到电助熔加热设备，借助电极把电直接送入燃料加热的玻璃池窑中。这些设备会产生大量的谐波，且三相谐波的频谱和幅值差别比较大。 　　■ 钢铁/中频加热行业　　钢铁业中常用到的中频炉、轧机、电弧炉等设备都会对电网的电能质量产生重大的影响，使电容补偿柜过载保护动作频繁、变压器和供电线路发热严重、熔断器频繁熔断等，甚至引起电压跌落、闪变。 　　■ 汽车制造业　　焊机是汽车制造业中不可少的设备，由于焊机具有随机性、快速性及冲击性的特点，使大量使用焊机造成严重的电能质量问题，造成焊接质量不稳、自动化程度高的机器人由于电压不稳而不能工作，无功补偿系统无法正常使用等情况。 　　■ 直流电机谐波治理　　大型直流电机场所都需要先通过整流设备将交流电转换为直流电，由于此类工程的负载容量都较大，因此在交流侧存在严重的谐波污染，造成电压畸变，严重时会引起事故。 　　■ 自动化生产线和精密设备的使用　　在自动化生产线和精密设备场合，谐波会影响到其正常使用，使智能控制系统、PLC系统等出现故障。 　　■ 医院系统　　医院对供电的连续性和可靠性有非常严格的要求，0类场所自动恢复供电时间T≤15S，1类场所自动恢复供电时间0.5S≤T≤15S， 2类场所自动恢复供电时间T≤0.5S，电压总谐波畸变率THDu≤3%，X光机、CT机、核磁共振都是谐波含量极高的负载。 　　■ 剧场/体育馆　　可控硅调光系统、大型LED设备等都是谐波源，在运行过程中会产生大量的三次谐波，不但造成配电系统的电力设备效率低下，而且还会造成灯光频闪，对通信、有线电视等微弱电回路产生杂音，甚至产生故障。
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