1、压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究I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
2、有力的论证。关键词：滤波器；线性区；通带频率；阻带频率；截止频率压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究II目 录1、绪论 .12、方案的确定 .12.1、二阶压控型 LPF.12.2、二阶压控型 LPF 的传递函数 12.3、频率响应 23、 工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 34、 总体电路设计和仿真分析 55、心得体会 .8参考文献 8附录 9元器件清单 9压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究01、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
3、 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
4、 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。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有各种电信设备。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 。2、方案的确定2.1、二阶压控型 LPF二阶压控型低通有源滤波器如图 1。所示其中的一个电容器 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 LPF2.2、二阶压控型 LPF 的传递函数压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究1(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
5、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 ，幅频特性压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究2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。3、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
6、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C 2C零，因而 趋于零
7、。可以想象，只要正反馈引入得当，就既可能在 时使电压放)(sUp 0f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。 1R2设 = = 。M 点的电流方程为C2压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究3= + (7)RsUMi)(Cs1)(0RsUPM)(P 点的电流方程为= (8)sPM)(1两式联立，解出传递函数= (9)(sAu 2)()(31sRCAup若令 =j ， = ，则电压放大倍数s0fRC2= (10)uA020)j(3)(1fAfup若令 = ，则 = 时，有 = = ，即QupA31f00
8、|fuupupQ= (11)QupfA0|可见， 是 = 时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比。f0当 2 3 时， 。图 2 所示为 值不同时的幅频特性， 时，upA0|fuupQfp曲线按40dB/十倍频下降。压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究4图 3 压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性表 1 压控电压源二阶低通滤波器幅频特性的测试结果4、总体电路设计和仿真分析为特征频率，在分析 RC 低通滤波器及其幅频特性时，当 时 =0f pf所以在分析压控电压源二阶低通滤波器电路时，得到为什么令CRL/21= 1000Hz。0f仿真电路如图 4、图 7 所示，集成运放采用 LM324，其电源
9、电压为 15V，Multisim软件默认为电源端 4、11 已接电源。因为引入合适的正反馈，在 = 使电压放大倍数大，f0又不会因为因正反馈过强而产生自己震荡。所以在 =1kHz 处。滤波器的品质因数 ，0f Q也称为滤波器的截止特性系数，其值决定于 （ 为特征频率）附近的频率特性，f我们研究的滤波器属切比雪夫滤波器。有源滤波电路一般均引入电压负反馈，因而集成运放工作在线性区，故分析方法与运算电路基本相同，常用传递函数来表示输出和输入的函数关系。有源滤波电路的主要性能指标有通带放大倍数 、通带截止频率 、特征upApf反馈电阻 特征频率 通带电压增 益 通带电压放 大倍数 处的0f电压增益处的
10、0f电压放大倍数品质因数/ kfR /Hz0f20lg| |/dBupAup20lg| |uA|/dB0f|u0f=| | /QuAof|p12 1000 6.848 2.2 8.74 2.74 1.24525 1000 10.881 3.5 16.843 6.95 1.99压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究5频率 、带宽 和品质因数 等，用幅频特性描述。ofbwfQ图 4 =12k时压控电压源二阶滤波电路图fR图 5 =12k、 =1kHz 时示波图fR0f压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究6图 6 =12k、 =1mHz 时示波图fR0f图 7 =25k时压控电压源二阶滤波电路图f
11、R图 8 =25k、 =1kHz 时示波图fR0f压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究7图 9 =25k、 =1mHz 时示波图fR0f5、心得体会课程设计做了十几天，我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重 要 的 ， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思 考 的 能 力 。 在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这 毕 竟 第 一 次 做 的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之
12、处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这 次 课 程 设 计 终 于 顺 利 完 成 了 ， 在 设 计 中 遇 到 了 很 多 专 业 知 识 问 题 ， 最 后 在 老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献【1】 童诗白华成英编模拟电子技术基础M 高等教育出版社2 008【2】 彭介华编电子技术实验与课程设计M 高等教育出版社2003【3】 青 木 英 彦 （ 日 ） 著 周难生 译模 拟 电 路 设 计 与 制 作 M 科学出版社【4】 王港元编电工
13、电子实践指导 M 江西科学技术出版社2000【5】 徐发强等 RC 二阶有源滤波器的新型实验方法 J 现代电子技术【6】 许素贞杜群羊吴海青等编 模 拟 电 子 技 术 基 础 与 应 用 实 例 M 北京航空航压控电压源二阶 LPF 幅频特性的研究8天 出版社2004【7】 劳 五 一 劳佳编 模 拟 电 子 电 路 分 析 、 设 计 与 仿 真 M 清华大学出版社【8】 薛鹏骞等频分复用有源滤波电路的 EWB 仿真设计 【J】辽宁工程技术大学学报附录元器件清单表 2 元器件清单编号 器件 型号 数量 标号1 放大器 LM324AJ 1 U12 电阻 1.6 k2 R、R23 电阻 10 1 R14 电阻 12k1 1f5 电阻 25 1 2fR6 电容 0.1 F2 C1、C2
