Đồ án mạch lọc tích cực, thông thấp, thông cao, dải thông

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG CỦA MẠCH
1.1

GIỚI THIỆU :

Mạch lọc tần số - một loại mạch chọn lọc tần số đặc biệt, là một bộ
phận rất quan trọng trong kĩ thuật mạch điện từ. Một cách định tính, có
thể định nghĩa mạch lọc tần số là những mạch cho những dao động có
tần số nằm trong một hay một số khoảng nhất định đi qua và chặn những
dao động có tần số nằm trong những khoảng còn lại.
Về mặt kết cấu có thể định nghĩa, mạch lọc tần số là một bốn cực suy
giảm đặc tính a(ω) = 0 trên một, hay một số khoảng nhất định của thang
tần số gọi là thang tần số của mạch (cho đi qua ) và a(ω) = ∞ trong những
khoảng còn lại gọi là dải chắn (bị chặn lại).
Các định nghĩa trên rõ ràng, là để xác định một mạch lọc tần sốlý
tưởng. Đối với các mạch chọn lọc tần số thực tế, sẽ tùy từng trường hợp
cụ thể, ta sẽ quy định các giới hạn thích hợp cho dải thong và dải chắn.

1.2

PHÂN LOẠI

Theo cấu tạo : gồm 2 loại mạch chính sau đây:
− Mạch lọc thụ động
− Mạch lọc tích cực

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 1

a. Mạch lọc thụ động (passive filter): mạch lọc chỉ gồm các linh kiện
thụ động như R, cuộn cảm L, tụ điện C. Thông thường có 3 loại
mạch chính:
− Mạch lọc RC
− Mạch lọc LC
− Mạch lọc RLC
Nhìn chung mạch lọc thụ động thường được dung cho việc chọn
tần số cao (cỡ > 100KHz ) do hạn chế các giá trị linh kiện. Mặc dù
mạch đơn giản và dễ lắp, song nhược điểm của những mạch này là
phẩm chất mạch thấp, làm suy giảm năng lượng nó đi qua mà
không có khả năng khuếch đại khó phối hợp tổng trở khi lắp vào
các mạch chức năng khác. Để khắc phục các nhược điểm trên
người ta thềm vào đó các phần tử khuếch đại như transistor, vi
mạch... để có thể khuếch đại tín hiệu, phối hợp tổng trở, điều chỉnh
độ suy giảm.
b. Mạch lọc tích cực (active filter ): được xây dựng từ các phần tử
R,C với các bộ khuếch đại thuật toán, các mạch lọc tích cực làm
việc tốt ở tần số thấp (<100KHz) và có rất nhiều ưu điểm so với
mạch lọc thụ động mà ta đã xét ở trên như độ phẩm chất cao, hoạt
động ổn định, và rất dễ thực hiện, do đó giá thành cũng hạ. Tuy
nhiên, khi tần số tăng lên thì bộ khuếch đại gây ra nhiều phiền toái
làm giảm hệ số khuếch đại và gây lệch pha giữa tín hiệu vào và ra,
làm thay đổi đặc trưng của mạch lọc. Ngoài ra, nếu biên độ của tín
hiệu vào lớn thì khuếch đại thuật toán gây ra hiện tượng bão hòa,
trong khi biên độ quá nhỏ thì lại gây ồn.
Tóm lại mỗi mạch lọc tích cực chỉ ưu việt trong một dải tần, trong
một phạm vi nào đó mà thôi. Do đó tùy theo mục tiêu sử dụng mà
lựa chọn phù hợp.

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 2


Theo chức năng: dựa vào việc mạch lọc chọn lựa những dải tần số
nào hoạt động, ta chia làm 4 mạch lọc chính sau:
− Mạch lọc thông thấp
− Mạch lọc thông cao
− Mạch lọc một dải thông
− Mạch lọc một dải chắn
Hình 1.1 Đặc tính tần số của các loại mạch lọc lý tưởng

1.3

ỨNG DỤNG CỦA MẠCH LỌC TÍN HIỆU

Mạch lọc có rất nhiều ứng dụng trong thực tế:
− Mạch lọc có thể ứng dụng trong nguồn ATX để loại bỏ các nhiễu
cao tần bám theo đường điện AC 220V.
− Trong các mạch chọn lọc tần số như: đài FM, AM...
− Trong lĩnh vực điện tử y sinh, các mạch lọc là một phần không

1.4

thể thiếu trong các thiết bị thu nhận tín hiệu điện sinh học.
NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
a) Mạch lọc thông thấp :
Mạch lọc này cho phép các dao động có tần số nhỏ hơn tần số
cắt đi qua ( f < ), những tín hiệu có tần số lớn hơn đều bị mạch

hấp thụ năng lượng và đầu ra tín hiệu sẽ nhỏ hơn, khi tần số f
càng lớn, tín hiệu sẽ càng bé và tiến dần tới 0.
b) Mạch lọc thông cao:

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 3


Ngược lại với mạch lọc thông thấp, mạch lọc này chỉ cho phếp
các dao động có tần số lớn hơn cắt đi qua (f > ), những tín hiệu
có tần số nhỏ hơn đều bị mạch hấp thụ năng lượng và đầu ra tín
hiệu sẽ nhỏ hơn, khi tần số f càng nhỏ, tín hiệu sẽ càng bé và
tiến tới 0.
c) Mạch lọc thông dải:
Mạch chọn lọc tần số trong một khoảng (dải thông) để tín hiệu
trong dải tần số đó đi qua, với những tín hiệu ngoài khoảng dải
thông đó, tín hiệu đi ra sẽ bị giảm biên độ và tiến dần về không
khi tần số tín hiệu càng đi xa dải thông. Có 2 loại mạch lọc
thông dải chú yếu:
− Mạch lọc băng thông rộng: vùng dải thông của mạch tương đối
rộng, tại các giá trị tần số trong đó hệ số điện áp đỉnh, đỉnh của tín
hiệu vào-ra gần như không đổi, tạo thành 1 đoạn thẳng từ tần số cắt
dưới đến tần số cắt trên
− Mạch lọc băng thông hẹp: vùng dải thông cua mạch rất bé cỡ chỉ từ
3-10 Hz, do vậy hai tần số cắt rất gần nhau. Trong khoảng dải
thông có một tần số trung tâm () mà hệ số điện áp tại đó là lớn
nhất cho nên mạch có tính chọn lọc tần số rất cao, được ứng dụng
trong việc chống nhiễu khi thu các thu các tín hiệu có nhiều tạp
nhiễu hay trong dò tinh tỉnh tín hiệu

1.5

CÁC LOẠI MẠCH LỌC
1.5.1 Mạch lọc thông thấp (LOW PASS FILTER)
Trong thực tế khi thiết kế mạch lọc thông thấp, ta thường lựa chọn
tham số của mạch lọc theo các bộ lọc quen biết đó là:
− Bộ lọc Butterworth tối ưu hóa về độ bằng phẳng của hệ số
khuếch đại trong dải thông
− Bộ lọc Tschebyscheff tối ưu hóa về sự chuyển tiếp tức thì từ dải
thông sang dải chắn
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 4


− Bộ lọc Bessel có đặc tính pha - tần số tuyến tính trong một dải
rộng.
Đáp ứng tần số của các loại bộ lọc này được minh họa như Hình 1.2

Hình 1.2 Đáp ứng tần số của mạch lọc RC thông thấp
Hàm truyền đạt chuẩn hóa của một tầng lọc thông thấp bậc hai được mô
tả như sau:

Trong đó , là hệ số khuếch đại được của dải thông, , là các hệ số của
bộ lọc. Tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể, mà các hệ số , có thể
chọn theo các bộ lọc Butterworth, Tschebyscheff hay bộ lọc Bessel Với
bộ lọc bậc 1, thì hệ số b1 = 0, do đó hàm truyền đạt sẽ có dạng như sau:

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 5


Hình 1.3 Đáp ứng tần số của các bộ lọc
1.5.2 Mạch lọc thông thấp tích cực bậc 1
Sơ đồ của mạch lọc thông thấp tích cực bậc 1 dạng không đảo và dạng
đảo được cho như hình 1.4 và 1.5

Hình 1.4 Mạch lọc thông thấp tích cực bậc 1 dạng không đảo
Hình 1.5 Mạch lọc thông thấp tích cực bậc 1 dạng đảo

Hàm truyền đạt của các mạch lọc và thông số của các mạch lọc này
được xác định như sau:

∗ Dạng không đảo :
− Hàm truyền đạt

A(s) =

− Tham số = 1 + =

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 6


∗ Dạng đảo :
− Hàm truyền đạt
− Tham số =

A(s) =

=

1.5.3 Mạch lọc thông thấp tích cực bậc 2
Có hai cấu hình của mạch lọc thông thấp tích cực bậc 2 đó là: cấu
hình Sallen - Key và cấu hình đa hồi tiếp (MFB - Multiple Feedback).

a) Cấu hình Sallen - Key
Sơ đồ mạch của bộ lọc Sallen - Key được cho như hình 1.6

Hình 1.6 Bộ lọc thông thấp Sallen-Key dạng sơ đồ tổng quát

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 7


Hình 1.7 Bộ lọc thông thấp Sallen-Key dạng sơ đồ với hệ số khuếch đại

đơn vị

Hàm truyền đạt của bộ lọc trong trường hợp tổng quát có dạng sau

Với sơ đồ mạch lọc có hệ số khuếch đại đơn vị =1 (Hình 3), hàm truyền
đạt sẽ có dạng đơn giản như sau:

Trong đó:=1

;

b) Cấu hình đa hồi tiếp
Mạch lọc đa hồi tiếp có hệ số phẩm chất cao và thường được dùng
trong những ứng dụng yêu cầu hệ số khuếch đại lớn. Sơ đồ mạch lọc đa
hồi tiếp được mô tả như trong hình 1.7

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 8


Hình 1.8 Cấu hình mạch lọc đa hồi tiếp

Hàm truyền đạt của mạch lọc này có dạng:

Trong đó :
; =; .

1.5.4 Mạch lọc thông thấp tích cực bậc cao
Trong các ứng dụng yêu cầu độ dốc đường đặc tính tần ở dải chắn lớn,
thì bộ lọc thông thấp bậc cao được sử dụng. Để thiết kế bộ lọc thông thấp
bậc cao, chỉ ccanf mắc nối tiếp các sơ đồ bậc 1 và bậc 2 lại với nhau. Khi
đó, các hệ số , của các bộ lọc riêng lẻ sẽ được xác định theo theo từng
loại bộ lọc Butterworth, Tschebyscheff hay bộ lọc Bessel
Hình 1.9 Bộ lọc thông thấp bậc 5 với hệ số khuếch đại đơn vị

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 9

1.5.5 Mạch lọc thông cao (HIGH PASS FILTER)
Sơ đồ của mạch lọc thông cao được tạo ra đơn giản bằng cách thay các
điện trở và tụ điện trong sơ đồ mạch lọc thông thấp tương ứng bằng các
tụ điện và điện trở

Hình 1.10 Sự tương ứng của mạch lọc thông thấp và mạch lọc thông cao
Do sự tương ứng với mạch lọc thông thấp nên:
- Đặc tính biên độ - tần số của mạch lọc thông cao thu được bằng cách lấy
đối xứng đường đặc tuyến biên độ - tần số của mạch lọc thông thấp qua
tần số góc .
- Hàm truyền đạt của mạch lọc thông cao cũng có thể suy ra từ hàm
truyền đạt của mạch lọc thông thấp bằng cách thay s = 1/s. Do đó, hàm
truyền đạt của một tầng lọc thông cao bậc hai chuẩn hóa sẽ có dạng:

- Nếu , ta thu được hàm truyền đạy của mạch lọc thông cao bậc 1 như
sau:

1.5.6 Mạch lọc thông cao bậc 1
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 10


Ta có sơ đồ của mạch lọc thông cao bậc 1 dạng không đảo và dạng đảo
được cho như hình sau:
Hình 1.11 Mạch lọc thông cao dạng không đảo

Hình 1.12 Mạch lọc thông cao dạng đảo

Hàm truyền đạt và các thông số của mạch lọc được xác định như sau:
∗ Dạng không đảo
− Hàm truyền đạt
− Tham số

∗ Dạng đảo
− Hàm truyền đạt
− Tham số

1.5.7 Mạch lọc thông cao bậc 2
Mạch lọc thông cao bậc 2 cũng có hai cấu hình cơ bản là cấu hình
Sallen - Key và cấu hình hồi tiếp (MFB).
a) Cấu hình Sallen - Key
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 11


Cấu hình Sallen - Key của mạch lọc thông cao bậc 2 được cho như
hình dưới đây. Với cấu hình này thì giá trị của hệ số khuếch đại có thể
được thiết kế như yêu cầu.

Hình 1.13 Cấu hình tổng quát Sallen-Key của mạch lọc thông thấp bậc 2
Hàm truyền đạt của mạch lọc này được xác định như sau:

Trong đó,
Với những ứng dụng không yêu cầu cao về hệ số phẩm chất nhưng yêu
cầu hệ số khuếch đại đơn vị (, thì ta sử dụng cấu hình 1.4 sau:
Hình 1.14 Cấu hình Sallen-Key của mạch lọc thông thấp bậc 2 với hệ số

khuếch đại đơn vị
Khi đó, hàm truyền đạt của mạch lọc này sẽ có dạng đơn giản như sau:

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 12


Trong đó: ; ; .

b) Cấu hình đa hồi tiếp
Cấu hình đa hồi tiếp thường được dùng trong những ứng dụng yêu cầu
có hệ số khuếch đại cao. Cấu đa hồi tiếp của mạch lọc thông cao bậc 2
được cho như hình 1.15

Hình 1.15 Cấu hình đa hồi tiếp cảu mạch lọc thông thấp bậc 2
Hàm truyền đạt của mạch lọc này có dạng như sau:

Trong đó:
; ;
1.5.8 Mạch lọc thông cao bậc cao
Mạch lọc thông cao bậc cũng được xây dựng bằng cách mắc nối tiếp
các mạch lọc thông cao bậc 1 và mạch lọc thông cao bậc 2 lại với nhau để
trở thành mạch lọc thông cao bậc 3

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 13

Hình 1.16 Cấu hình mạch lọc thông cao bậc 3

1.5.9 Mạch lọc một dải thông (BANDWITH FILTER)
Đặc tính truyền đạt của bộ lọc một dải thông có thể thu được từ đặc
tính truyền đạt của bộ lọc thông thấp bằng cách thay . Khi đó, dải thông
của bộ lọc thông thấp sẽ tương ứng với nữa bên phải dải thông của bộ lọc
một dải thông. Nữa bên phải dải thông sau đó được lấy đối xứng qua tần
số cắt , ta sẽ thu được đặc tính truyền đạt của bộ lọc một dải thông như
hình 1.16 sau.

Hình 1.16 Sự biến đổi đặc tính tần số từ bộ lọc thông thấp sang bộ lọc
dải thông
Hệ số phẩm chất của bộ lọc được định nghĩa như sau:

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 14


Phương pháp đơn giản nhất để thiết kế bộ lọc một dải thông là mắc nối
tiếp một bộ lọc thông thấp và một bộ lọc thông cao lại với nhau. Ví dụ,
nếu ta mắc nối tiếp một mạch lọc thông thấp bậc 1 với một mach lọc
thông thấp bậc 1 ta sẽ thu được một mạch lọc một dải thông bậc 2.
1.5.10 Mạch lọc dải thông bậc 2
Để dẫn ra hàm truyền đạt của bộ lọc một dải thông bậc 2, ta thay vào
hàm truyền đạt của bộ lọc thông thấp bậc 1, ta có:

Khi thiết kế bộ lọc một dải thông, thông số quan trọng cần quan tâm
của bộ lọc là hệ số khuếch đại ở tần số giữa (tức là ) và hệ số phẩm chất
Q. Do đó, bằng cách thay và vào biểu thức trên, ta được.

Đáp ứng biên độ - tần số của bộ lọc một dải thông với các giá trị khác
nhau của Q được mô tả như hình 1.17.

Hình 1.17 Đặc tính biên độ - tần số của bộ lọc một dải thông
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 15


a) Mạch lọc một dải thông Sallen - Key
Sơ đồ mạch lọc một dải thông Sallen - Key được mô tả như hình 1.18.

Hình 1.18 Cấu hình mạch lọc dải thông Sallen-Key
Hàm truyền đạt:

Trong đó:
G =1 + : Hệ số khuếch đại riêng của mạch Op - amp.
: Tần số giữa dải thông
: Hệ số khuếch đại của mạch lọc
: Hệ số phẩm chất
Bộ lọc một dải thông Sallen - Key có ưu điểm là có thể thay đổi hệ số
phẩm chất Q mà không ảnh hưởng tới tần số giữa . Tuy nhiên, nhược
điểm của nó là khi thay đổi Q thì cũng sẽ làm thay đổi hệ số khuếch đại .
b) Mạch lọc một dải thông đa hồi tiếp

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 16

Sơ đồ mạch lọc một dải thông đa hồi tiếp được mô tả như hình 1.19.

Hình 1.19 Cấu hình mạch lọc một dải thông đa hồi tiếp.
Hàm truyền đạt của mạch lọc này có dạng :

Trong đó: ,

: Độ rộng dải thông

Mạch lọc một dải thông đa hồi tiếp cho phép điều chỉnh Q, và một
cách độc lập. Ngoài ra và không phụ thuộc vào điện trở có thể được sử
dụng để đổi tần số .
c) Mạch lọc dải thông bậc 4
Trong các ứng dụng , khi yêu cầu thiết kế bộ lọc một dải thông có độ
bằng phẳng về hệ số khuếch đại xung quanh tần số giữa cũng như sự
chuyển tiếp tức thì từ dải thông sang dải chắn, thì ta thường sử dùng
mạch lọc một dải thông bậc cao.
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 17


Bằng cách thay vào hàm truyền đạt của bộ lọc thông thấp bậc 2, ta
thu được hàm truyền đạt của bộ lọc dải thông bậc 4 như sau:

Hàm truyền đạt này có thể phân tích về dạng sau:

Biểu thức này chỉ rõ bộ lọc một dải thông bậc 4 có thể được tạo ra
bằng cách mắc nối tiếp hai mạch lọc một dải thông bậc 2 lại với nhau.

Trong đó:
: Hệ số khuếch đại tại tần số giữa của mỗi mạch lọc

thành

phần
: Hệ số phẩm chất của các mạch lọc thành phần
và 1/ là các hệ số liên quan đến tần số và .
Hệ số được tính xấp xỉ bằng biểu thức sau:

Các hệ số , là các hệ số của mạch lọc thông thấp bậc 2 loại
Butterworth, Tschebyscheff hay Bessl. Để đơn giản trong thiêt kế , , Q,
và được liệt kê như bảng sau

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 18


Sau khi xác định được hệ số , các thông số của các mạch lọc thành phần
được tính theo các biểu thức sau:
- Tần số giữa: ;
- Hệ số phẩm chất:
- Hệ số khuếch đại:

1.6

BẢNG HỆ SỐ BỘ LỌC
Các bảng sau bao gồm các hệ số của 3 loại bộ lọc Butterwoth,

Tschebyscheff và Bessel. Ý nghĩa của các ký hiệu trong bảng như sau:
n: bậc của bộ lọc
i: số lượng các bộ lọc thành phần
các hệ số của bộ lọc
: hệ số phẩm chất của của các bộ lọc thành phần
∗ Hệ số bộ lọc Bessel.
Bảng 1.1
n

i

1
2

1
1
1
2
1
2
1
2
3

3
4

5

1,0000

1,3617
0,7560
0,9996
1,3397
0,7743
0,6656
1,1402
0,6216

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

0,0000
0,6180
0,0000
0,4772
0,4889
0,3890
0,0000
0,4128
0,3245
Page 19

----0.58
----0.69
0,52
0,81
----0,56
0,92

∗ Hệ số bộ lọc Butterworth.
Bảng 1.2
n

i

1
2

1
1
1
2
1
2
1
2
3

3
4

5

1,0000
1,4142
1,0000
1,0000
1,8478
0,7654

1,0000
1,6180
0,6180

0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000

----0,71
----1,00
0.54
1,31
----0,62
1,62

∗ Hệ số bộ lọc Tschebyscheff với độ nhấp nhô dải thông 0,5 dB.
Bảng 1.3
n

i

1
2

1
1
1
2
1
2
1
2
3

3
4

5

1,0000
1,3614
1,8636
0,0640
2,6282
0,3648
2,9235
1,3025
0,2290

0,0000
1,3827
0,0000
1,1931
3,4341

1,1509
0,0000
2,3534
1,0833

----0,86
----1,71
0,71
2,94
----1,18
4,54

∗ Hệ số bộ lọc Tschebyscheff với độ nhấp nhô dải thông 1,0 dB.
Bảng 1.4
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 20


n

i

1
2

1
1
1
2

1
2
1
2
3

3
4

5

1,0000
1,3022
2,2156
0,5442
2,5904
0,3039
3,5711
1,1280
0,1872

0,0000
1,5515
0,0000
1,2057
4,1301
1,1697
0,0000
2,4896
1,0814

----0,96
----2,02
0,78
3,56
----1,40
5,56

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ MÔ
PHỎNG MẠCH.
2.1 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH NGUYÊN LÍ
2.1.1 Phân tích mạch nguyên lí
Mạch lọc RLC có độ suy giảm lớn, cồng kềnh và khó chế tạo chế tạo
dưới dạng IC ở dải tần thấp. Với tần số nhỏ hơn vài trăm kHz thường
dùng mạch lọc RC kết hợp với các phần tử tích cực (BJT, Op-Am ) chính
là mạch lọc tích cực. Mạch lọc tích cực có các ưu điểm so với mạch lọc
thụ động như là:
− Linh hoạt trong xây dựng và thiết kế
− Sử dụng tốt ở dải tần số thấp do không có cuộn cảm nên kinh tế
và gọn nhẹ
− Các ứng dụng tần số thấp tới 1Hz
− Trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ nên có chức năng làm bộ
đệm
− Có khả năng khuếch đại nên tín hiệu nên tín hiệu vào không bị
suy giảm như mạch lọc thụ động
− Dễ điều chỉnh hơn mạch mạch lọc thụ động
Mỗi bộ lọc được đặc trưng bằng một đặc tuyến tần số, là đồ thị của bộ
khuếch đại hoặc suy hao theo tần số. Tại một tần số xác định là tần số cắt,

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 21


biên độ của đặc tuyến bắt đầu giảm. Độ dốc của đặc tuyến thể hiện tốc độ
suy giảm của biên độ quanh tần số cắt.
Bốn dạng đáp ứng tần số lý tưởng của các bộ lọc (hình 1.1), độ dốc của
đáp đáp ứng thẳng đứng. Trong thực tế không thể đạt được lí tưởng này,
tuy nhiên bộ lọc càng phức tạp thì độ dốc đặc tuyến sẽ càng lớn. Một
mạch lọc tích cực được đặc trưng bởi 3 tham số là:
− Tần số cắt là tần số tại đó hệ số khuếch đại suy giảm lần (hay
-3db). Tại tần số này biên độ của đáp ứng tần số bắt đầu giảm
− Loại bộ lọc xác định dạng đặc tuyến tần số quanh tần số và trong
dải thông. Mạch điện của các loại bộ lọc này giống nhau chỉ khác
về giá trị RC. Có 3 loại bộ lọc: Butterworth, Bessel và
Tschebyscheff
+ Bộ lọc Butterworth có đặc tuyến trong dải thông phẳng nhất.
Không có gợn sóng trong dải thông và tần số cắt lấy ở mức
-3dB. Đặc tuyến biên độ phẳng của bộ lọc Butterworth tốt
cho tần số gần 0Hz nhưng không tốt ở vùng cạnh dải thông
vì độ dốc của đặc tuyến không lớn.
+ Bộ lọc Tschebyscheff có độ gợn sóng trong dải thông, tuy
nhiên phía ngoài dải thông biên độ sẽ suy giảm nhanh hơn
bộ lọc Butterworth. Độ gợn sóng càng cao thì tính chọn lọc
của bộ lọc càng tốt. Để xác định dải thông không dễ nhưng
thương lấy tại đỉnh gợn sóng có tần số lớn nhất.
+ Bộ lọc Bessel có đặc tuyến giảm đều từ khu vực thông sang
khu vực chắn và có đáp ứng xung gần như lí tưởng. Tùy yêu
cầu cụ thể có thể chọn loại mạch lọc thích hợp.
− Bậc của bộ lọc xác định độ dốc của đặc tuyến tần số ngoài dải tần.

Bậc bộ lọc càng cao thì độ dốc của đặc tuyến tần số càng lớn và
tiến gần đến với lí tưởng. Bậc của bộ lọc bằng số khâu RC trong bộ
lọc. Thông thường không cần thiết dùng các bộ lọc có bậc lớn hơn
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 22


4 mà sẽ tạo bộ lọc bậc cao bằng cách ghép liên kết các bộ lọc bậc 1
và 2. Với bộ lọc Tschebyscheff, số đỉnh gợn sóng trong dải thông
sẽ xác định bộ loc.

2.1.2 Lựa chọn phướng án mạch nguyên lý
Với nội dung đồ án: " Thiết kế mạch lọc tích cực: thông thấp, thông
cao và dải thông ".
− Nguồn điện áp dụng 220V/50Hz.
− Tần số cắt: lọc thông thấp ( 20kHz ), lọc thông cao ( 100kHz ),
dải thông (20 - 100kHz).
− Nâng cao: có thể điều chỉnh theo được tần số cắt theo yêu cầu
Nhóm em quyết định lựa chọn thiết kế :
− Mạch lọc thông thấp bậc 2 cấu hình Sallen - Key với hệ số
khuếch đại đơn vị.
− Mạch lọc thông cao bậc 2 cấu hình Sallen - Key với hệ số
khuếch đại đơn vị.
− Mạch lọc dải thông bậc 2 cấu hình Sallen - Key.
− Trong mạch lọc thông thấp và thông cao có sử dụng biến trở để
có thể điều chỉnh được tần số cắt
Các mạch lọc trên được thiết kế thoại loại bộ lọc Butterworth bậc 2 với
các tham số ,

và hệ số phẩm chất

2.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ
2.2.1 Thiết kế mạch lọc thông thấp.
Ta có sơ đồ của mạch lọc thông thấp bậc 2 cấu hình Sallen - Key với
hệ số khuếch đại đơn vị trong đó có sử dụng biến trở để có thể điều chỉnh
tần số cắt như sau:
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 23


Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế mạch lọc thông thấp
∗ Khi tính toán thông số cho mạch lọc thông thấp bậc 2 cấu hình
Sallen - Key , ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định tham số và theo từng loại bộ lọc Butterworth,
Tschebyscheff hay bộ lọc Bessel
Bước 2: Lựa chọn tần số cắt và chọn giá trị tụ điện và sao cho thỏa
mãn bất đẳng thức:
.
Bước 3: Tính các gía trị và theo các biểu thức sau:

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 24


Chú ý: Nếu chọn ==R; ==C thì ta có:
Tính toán: Chọn C và tìm R

⇒
∗ Với mạch lọc thông thấp bậc 2 cấu hình Sallen - Key có tần số cắt
20kHz thì ta tính toán như sau:
− Ta có các tham số , ( bộ lọc Butterworth bậc 2)
− Chọn tụ có giá trị = , ==R và
−
2.2.2 Thiết kế mạch lọc thông cao
Ta có sơ đồ của mạch lọc thông cao bậc 2 cấu hình Sallen - Key với
hệ số khuếch đại đơn vị trong đó có sử dụng biến trở để có thể điều chỉnh
tần số cắt như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế mạch lọc thông cao
∗ Khi tính toán thông số cho mạch lọc thông cao bậc 2 cấu hình
Sallen - Key , ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định tham số và theo từng loại bộ lọc Butterworth,
Tschebyscheff hay bộ lọc Bessel.

ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN TỬ

Page 25