二阶低通滤波器.doc

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电子电路设计实践 设计题目: 系别: 电气工程学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 班 姓名: 学号: 20115 指导教师: 张全禹 时间: 2013年月日 绥化学院电气工程学院 第一章 设计任务与要求 1.1 设计任务 设计一个二阶低通滤波器 1.2 设计要求 截止频率为f = 2KHz 第二章 设计方案 2.1 总方案设计 2.1.1 方案框图 图2.1.1 RC有源滤波总框图 2.1.2 子框图的作用 1.RC网络的作用 RC网络起着滤波的作用,滤掉不要的信号,通常由电阻和电容组成。 2.放大器的作用 电路中运用同相输入运放,输入阻抗高,输出阻抗很低。 3.反馈网络的作用 将输出信号的一部分或全部通过反馈网络(分正、负反馈)返回给输入端。 2.1.3 方案选择 一个理想的滤波器应在要求的通带内具有均匀而稳定的增益,而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器则一定差异,为此利用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。 用运算放大器和RC网络组成的滤波器可以免除电感的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。运算放大器的增益和输入电阻高,输入电阻低,提供了一定的信号增益和缓冲作用,这种滤波器的频率范围约为10^3Hz~10^6Hz,频率稳定度可做到(10^3~10^5)/摄氏度,频率精度为(3~5)%。 1. 运放 为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性,运放的开环增益应在80dB 以上。对运放频率特性的要求,由其工作频率的上限确定,设工作频率的上限为fh,则运放的单位增益宽带应满足下式:BWG等于(3~5)Aefh。 2. 元器件 从选电容器入,因为电容标称值的分档较少,电容难配,而电阻易配,可根据工作频率范围按照表2.1.3初选电容值。 表2.1.3 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系 f (1~10) Hz (10~102)Hz (102~103)Hz (1~10)KHz (10~103)KHz (102~103)KHz C (20~10)F (10~0.1)uF (0.1~0.01)uF (104~103)pF (103~102)pF (102~10)pF 第三章 设计原理与电路 3.1 单元电路的设计 3.1.1原理图设计 1. 低通滤波器 低通滤波器是用低频信号衰减或抑制高频信号。 如图3.1.1(a)所示,为典型的二阶低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容C接至输出端,引入适量的正反馈,以改善幅频特性。 图3.1.1(b)为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 图3.1.1 二阶低通滤波器 3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 该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、带通与带阻四种滤波器,它们的幅频特性如下图所示,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。 1. 滤波器的传输函数 表3.1.2. 二阶低通滤波器的传输函数表 类型 传输函数 性能参数 ? 低通 ?——电压增益 ——低、高通滤波器的截止角频率 ——带阻塞、带阻滤波器的中心角频率 BW——带通、带阻滤波器的带宽 ? 高通 ? 带通 2.单元电路性能参数 (1) 低通滤波器   二阶低通滤波器的通带增益   截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 3.2元件参数的计算 3.2.1二阶低通滤波器 二阶低通滤波器性能参数表达式为 ωC2=1/(CC1RR1) Q=0.707 ωC/Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1 AV=1+R4/R3 当 时,Q1,在 处的电压增益将大于 ,幅频特性在 处。当 ≥3时,Q=∞,滤波器自激。由于将 接到输出端,等于在高频端加正反馈,所以在高频端的放大倍数有所抬高。 参数计算 设定低通滤波器的截止频率为2KHz、品质

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