压控电压源二阶LPF幅频特性的研究.docVIP

摘 要 有关二阶压控电压源低通滤波器的设计在许多文章中都有介绍，主要方法有查表法、图示法等。滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。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。具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能逼近理想特性。常用的逼近方法有巴特沃斯响应和切比雪夫响应等，前者通带内频率响应平坦，后者通带内有纹波现象。匹配好特征频率，理论上它能让信号将受到很大的衰减，具有很大衰减频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率。本滤波器采用LM324集成运放。并利Multisim10用软件对其进行仿真计算，得到有力的论证。 关键词：滤波器；线性区；通带频率；阻带频率；截止频率 目 录 1、绪论 1 2、方案的确定 1 2.1、二阶压控型LPF 1 2.2、二阶压控型LPF的传递函数 1 2.3、频率响应 2 3、 工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 3 4、 总体电路设计和仿真分析 5 5、心得体会 8 参考文献 8 附录 9 元器件清单 9 1、绪论 压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和科学技术领域中占有不可或缺的核心地位。同时在国家的事业中发挥了重大作用低通滤波器的使用非常广泛该种滤波器只让规定的低频率通过，而且电路性能稳定，增益易调节。利用这一特点不仅可以通过有用信号还可以抑制无用信号。工程上常常用低通滤波器作信号处理，数据传输和抑制干扰。 例如：无线电发射机利用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的滤波器，当一个房间播放音乐时很容易听到低音，但高音被滤掉了。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍是一个问题。 C1原来是接地的，现在改接到输出端。显然，C1的改接不影响通带增益。 图1 二阶压控型LPF 2.2、二阶压控型LPF的传递函数 (1) 对于节点N，可以列出下列方程 (2) 联立求解以上三式，可得LPF的传递函数 (3) 上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。 2.3、频率响应 由传递函数可以写出频率响应的表达式 (4) 当 时，上式可以化简为 (5) 定义有源滤波器的品质因数Q值为 时的电压放大倍数的模与通带增益之比 (6) 以上两式表明，当 时，Q1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高，具体请参阅图3。当 ≥3时，Q=∞，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。 工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 工作原理是二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。 有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电下才能起滤波作用，与此同时还可以进行放大，。组成电路时应选用带宽合适的集成运放。有源滤波电路不适于高电压大电流的负载，只适用于信号处理。 图2 压控电压源二阶低通滤波电路 如图1所示，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于的电抗趋于零，因而趋于零。可以想象，只要正反馈引入得当，就既可能在时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。因为同相输入端电位控制由集成运放和、组成的电压源，故称之为压控电压源滤波电路。 设==。M点的电流方程为 =+ (7) P点的电流方程为 = (8) 两式联立，解出传递函数 = (9) 若令=j，=，则电压放大倍数 = (10) 若令=，则=时，有==，即 = (11) 可见，