二阶压控型低通、高通、带通、带阻滤波器的设计.资料.doc

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 2016年7月14日  东北石油大学课程设计任务书 课程 电子线路综合课程设计 题目 有源滤波器设计专业姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 利用运算放大器组成有源低通、高通、带通、带阻滤波器。 基本要求： 1. 通频带自定义；2. 测量设计的有源滤波器的幅频特性； 3. 选用通用运算放大器，运放的开环增益应在80dB以上；4. 采用Multisim软件进行仿真，验证和完善设计方案；按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。主要参考资料： [1] 童诗白. 模拟电子技术基础第四版[M]. 北京：高等教育出版社，2006. [2] 陈明义. 电子技术课程设计实用教程(第3版) [M].：中南大学出版社，2010. [3] 程春雨. 模拟电子技术实验与课程设计[M]. 北京：电子工业出版社，2016. 完成期限 201年7月日 指导教师 专业负责人 201 年 月 日 f0=100kHz，Q=1f0=5KHz，Q=2； 二阶压控型有源带阻滤波器 设计一个二阶压控型有源带阻滤波器，要求中心频率为f0=100Hz，Q=2； 总体设计思想 设计滤波电路实现，让指定频段的信号能比较顺利地通过，而对其他频段信号起衰减作用。如低通滤波电路能使低频信号顺利通过，而使高频信号受到抑制。常见的无源滤波有RC滤波，但RC滤波电路中的电阻会消耗信号能量，所以我们用放大电路和RC网络组成有源滤波电路，以提高滤波性能。 二阶压控型有源低通滤波器（LPF） 电将简单二阶有源低通滤波电路中C1的接地端改接到集成运放的输出端，形成反馈。如图1所示，对于反馈信号而言，电容C1具有超前作用，而电容C2=具有滞后作用。因此只要参数合适，可使该电路在f0附近的反馈极性为正，又不致造成自激振荡，从而使f0附近的电压放大倍数得到提高。当ff0时，电容C1阻抗大，反馈信号弱，对电压放大倍数影响不大。当ff0时信号被C2衰减，输出电压的幅值小，反馈信号弱，对电压放大倍数影响也不大。 通带电压放大倍数 通带电压放大倍数是f=0时输出电压与输入电压之比。而对于直流信号而言，电路中的电容相当于开路，因此通带电压放大倍数（I）； 传递函数 集成运放同相输入端的对地电压与输出电压的关系是（II），U+(S)与M点的电位关系是（III）， 由节点电流法可得（IV）, 将（I）（II）（III）式联立求解， 可以得到传递函数（V）。 该式表明此电路的通带电压放大倍数应该小于3，否则Au(S)将有极点处于右半s平面或虚轴上，电路不能稳定工作。若希望Aup3，可采用二阶无限增益多路反馈LPF。 频率特性 将传递函数中的s换成jω，并令，则有。当f=f0时可化简为（VI）。 二阶压控型有源高通滤波器（HPF） 有源高通滤波器与有源低通滤波器成对偶关系，如图2所示 幅频特性曲线、传递函数与LPF成对偶关系。若HPF和LPF的通带截止频率相同，那么HPF和LPF的幅频特性以垂直线f=fp为对称，二者随频率的变化是相反的，HPF的|Au|随频率升高而增大。将LPF传递函数中的s换成，调整一下系数，则变成了相应的HPF的传递函数。所以，可以得到 通带电压放大倍数 当频率足够高时，电容C1和C2可视为短路，因此HPF的通带电压放大倍数为； 传递函数 根据对偶关系，将LFP传递函数中的sCR换为，则得到HPF的传递函数， 整理得； 频率特性 将中的s换成jω，并令，则有。 所以ff0时幅频特性的斜率为+40dB/十倍频。通带电压放大倍数应小于3，否则将引起自激振荡。 二阶压控型有源带通滤波器（BPF） 简单的BPF可以由LPF和HPF串联构成，只需满足LPFd通带截止频率高于HPF的通带截止频率。这样构成的BPF通带较宽，通带截止频率容易调整，但所用的元器件较多。在二阶LPF电路中，RC网络是由两节RC组成的，若将其中一阶RC电路改为高通接法，就构成了二阶BPF。 传递函数 ，且R2=2R=2R1则，其中， 中心频率和通带电压放大倍数 将传递函数中的s换成jω，并令，则可得 当f=f0时，Au的模最大，此时有中心频率f0，通带电压放大倍数为。注意：BPF中，通带电压放大倍数不等于同相比例电路的电压放大倍数。 通带截止频率 将当中第一项分母的虚部系数的绝对值等于1时，，所以通带截止频率fp可根据下式导出： ，得到 通带宽度B、Q值和频率特性 BPF的通带宽度，那么可得，频率特性 上面一段话表明，改变电阻Rf或R1可以改变通带宽度而不影响中心频率，Q值越大，BPF的通带宽