模拟低通滤波器电路设计_曾喆昭.pdf

1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/模 拟 低 通 滤 波 器 电 路 设 计模 拟 低 通 滤 波 霖 电 路 设 计曾 姑 昭 张 志 飞 湖 南 湘 潭 工 学 院摘 要 文 中 详 细 介 绍 模 拟 低 通 滤 波 器 的 设 计 方 法 并 给 出 电 路 元 器 件 参 数 的 计 算 结 果 以 及 计 算 机 仿 真 实 例关 艘 词 低 通 渝 波 器 巴 特 沃 思 通 近 电 路 设 计 电 路 仿 真加 浏 ,引 言对 信 号

2、 进 行 分 析 与 处 理 时 , 常 常 会 遇 到 有 用 信 号 叠加 上 无 用 噪 声 的 问 题 , 这 些 噪 声 有 的 是 与 信 号 同 时 产 生的 , 有 的 是 传 输 过 程 中 混 人 的 。 因 此 , 从 接 收 的 信 号 中 消除 或 减 弱 干 扰 噪 声 , 就 成 为 信 号 传 输 与 处 理 中 十 分 重 要的 问 题 。根 据 有 用 信 号 与 噪 声 的 不 同 特 性 , 消 除 或 减 弱 噪 声 ,提 取 有 用 信 号 的 过 程 称 为 滤 波 , 实 现 滤 波 功 能 的 系 统 称为 滤 波 器 。经 典 滤 波 器 种

3、 类 纷 繁 , 从 不 同 的 角 度 可 将 其 划 分 为低 通 、 高 通 、 带 通 、 带 阻 和 全 通 等 类 型 。 根 据 滤 波 器 元 件的 性 质 , 可 将 其 划 分 为 无 源 与 有 源 滤 波 器 。 根 据 滤 波 器所 处 理 的 信 号 性 质 , 可 将 其 划 分 为 模 拟 滤 波 器 与 数 字 滤波 器 。 为 了 不 失 一 般 性 , 本 文 主 要 讨 论 模 拟 低 通 滤 波 器设 计 方 法 及 其 电 路 实 现 方 法 。巴 特 沃 思 逼 近 函 数一 个 理 想 低 通 滤 波 器 的 幅 频 特 性 如 图 所 示 。

4、该 特性 表 明 低 通 滤 波 器 允 许 信 号 中 角 频 率 低 于 。 的 分 量 毫无 衰 减 地 通 过 , 而 阻 止 角 频 率 高 于 。 的 分 量 通 过 。 但实 际 上 , 没 有 一 个 线 性 非 时 变 集 总 电 路 可 以 实 现 这 一 理想 特 性 。 因 此 , 一 个 实 际 低 通 滤 波 电 路 电 压 传 递 函 数 的幅 频 特 性 只 能 以 一 定 的 精 度 逼 近 于 理 想 特 性 , 巴 特 沃 思逼 近 就 是 符 合 这 种 要 求 的 传 递 函 数 的 方 法 之 一 。从 。 六 于 岌 百它 在 。 时 , 具 有

5、最 大 值 , 然 后 随 着 。 的 增 加 而 减 小 ,最 后 随 。 而 趋 于 零 。 不 同 , 从 。 随 。 的 衰 减 情况 也 不 同 。 所 谓 巴 特 沃 思 逼 近 就 是 寻 找 一 个 可 以 实 现 的电 压 传 递 函 数 , 当 二 。 时 , 有。 。 一 , 一 凡 。 产 工 不十 田 一 满 足 这 一 要 求 的 的 一 般 形 式 为“” 占 , 一 ” 一 。 标 , 理 想 特 性铸图 理 想 低 通 滤 波器 幅 频 特 性图 巴 特 沃 思 函 数曲 线 此 项 研 究 由 湖 南 省 教 委 科 研 项 目 资 助 编 号 以 及 湘

6、潭 工 学 院 科 学 发 展 基 金 资 助 , 编 号 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/电 子 测 技 术二 二 二 留 二 一 二 一 二 一 二 一 二 二 二 吕 二所 谓 频 率 归 一 化 是 指 选 一 个 频 率 归 一 化 因 子 吻 , 且 听。 过争 视 , 其 中 。 为 实 际 要 求 的 截 止 角 频 率 。 显然 , 。 的 数 值 上 等 于 实 际 要 求 的 截 止 角 频 率 。 , 但 它 是件 , 介乙件

7、卑一图 给 出 了 , , , 时 的 月 。 曲 线 。 从图 示 曲 线 可 知 , 当 、 时 , 。 将 趋 于 理 想 低 通滤 波 器 的 幅 频 响 应 , 这 就 是 说 , 可 以 通 过 选 择 合 适 的值 , 使 之 以 任 意 精 度 逼 近 于 理 想 低 通 滤 波 器 的 幅 频 特 性 。符 合 条 件 的 称 为 巴 特 沃 思 低 通 传 递 函 数 , 相 应的 建 波 器 称 为 巴 特 沃 思 低 通 滤 波 器 。、户气今可 一日 一斗 人日甲洛,卜 少 刁 朽 ” 日 乱 一 一 资 一 一工星 一 几 一 止 工 、 二 工 一 吐 二图 三

8、阶 低 通 滤 波 电 路 图 实 际 巴 特 沃 思 三 阶寸 一 一 一 , , 一 一 一 丫图低 通 滤 波 电 路低 通 谁 波 器 的 无 源 实 现考 虑 图 所 示 电 路 , 列 出 节 点 电 压 方 程 有六 矗 ,二 , 一 矗 认 , 责 、 责 瓷 , 、 , 一,刁 , 八 八 八 八 八 一半 厂 、 洲 巴 、 一 灯 ,一 十 一 勺 气 侧 乃 、 厂 、 八 了 入 气 粉 入 与 ,一一 一 ,二图认 认可 以 求 得乙 , 毛 无令 , “ , “ , , 二 口 归 一 化值 , 则 可 得 三 阶 低 通 滤 波 器 的 传 递 函 数 为,刁

9、一 五 一书 入 、 、 、 、 、 、 一 甘 以 岁 、一 一 一 一 、 一 一 一 一一一 一 十 一 一 一 , 二田 刃 刀 奶 幻图, , 、。 、 ” , 亏 不 厄 百 叮 万 互 下 万一 个 无 量 纲 的 数 。 把 实 际 角 频 率 。 除 以 吻 便 得 到 归 一化 的 角 频 率 , 即 咖 , 同 理 , 把 实 际 复 频 率 除 以 。 便 得去 归 一 化以 上 讨 论 的 低 通 滤 波 器 都 是 归 一 化 的 , 它 们 的 特 点是 截 止 频 率 为 选 用 的 电 阻 、 电 容 和 电 感 值分 别 等 于 或 接 近 于 , , 。

10、显 然 , 这 些 假 想 数 值 是不 合 实 际 的 。 在 高 频 系 统 中 , 低 通 滤 波 器 截 止 频 率 可 以由 几 七 到 几 比 , 常 用 的 电 阻 为 数 量 级 , 电 容 值为 口 或 数 量 级 电 感 值 为 或 声 数 量 级 , 因 此 ,如 采 用 实 际 元 件 值 , 其 数 字 将 比 较 复 杂 , 计 算 不 方 便 , 且易 于 产 生 较 大 的 舍 人 误 差 。 然 而 , 电 压 传 递 函 数 的 性 质与 滤 波 器 的 设 计 步 骤 都 与 传 递 函 数 中 的 数 字 大 小 无 关 ,因 此 为 了 避 免 复 杂

11、 的 数 字 运 算 , 在 设 计 滤 波 器 时 总 是 采用 归 一 化 的 方 法 使 数 字 变 得 简 单 , 而 且 也 只 有 利 用 归 一化 的 方 法 才 能 制 出 滤 波 器 设 计 的 各 种 通 用 图 表 和 曲 线 。归 一 化 主 要 包 括 频 率 归 一 化 和 阻 抗 归 一 化 两 部 分 。 , , 二 , , 。 。 。 。 。 , 二 、 , , 二 、到 归 一 佑 训 反 酬 华 , “ ” 。 石 亚 淞 , 木 用 归 一 怕 阴 用 酬率 时 , 所 有 低 通 滤 波 器 的 截 止 角 频 率 都 是 。 所 谓阻 抗 归 一 化

12、 是 指 选 一 个 阻 抗 归 一 化 因 子 寿 , 且 寿 二 某一 阻 抗 的 实 际 值 八 , 把 实 际 阻 抗 值 除 以 寿 , 便 得 归一 化 阻 抗 值 , 对 于 电 阻 而 言 有一 聋对 于 电 感 而 言 , 由 于 ,一 景 一 繁 篡 一 、 誉汕故 归 一 化 电 感 值 为场 一 夸对 于 电 容 而 言 , 由 于 命 、 田升 升 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/模 拟 低 通 滤 波 器 电 路 设

13、计水 召 洲 二 凡故 归 一 化 电 容 值 为命 二 杯 口 厂为 了 满 足 实 际 要 求 , 必 须 把 归 一 化 设 计 的 滤 波 器 去 归 一化 处 理 , 即 根 据 规 定 的 截 止 频 率 值 和 某 些 元 件 值 , 把 归 一化 值 折 算 为 对 应 的 实 际 值 , 折 算 公 式 归 纳 如 下所 以 有 火 几 二 口一 一 志 又 万 漏 丽 一 口一 全 义留一 甄“ 。 声 二 声、二 二 一乙 产 。根 据 图 归 一 化 电 阻 、 电 感 和 电 容 值 可 以 求 得 实 际 元 件值 设 。 二 , 即 二 , 信 号 源 内 阻 二

14、日 , 则 频 率 归 一 化 因 子 为听 二 一 不 丽 厌 厂 二阻 抗 归 一 化 因 子 为 界 日口故 实 际 巴 特 沃 思 三 阶 低 通 滤 波 器 电 路 如 图 所 示 。电 路 仿 真 实 验为 了 检 验 电 路 低 通 滤 波 特 性 , 在 电 路 输 人 端 施 加 频率 分 别 为 , 和 的 调 幅 信 号 , 检 测输 出 信 号 的 失 真 情 况 , 仿 真 结 果 表 明 , 和调 幅 信 号 能 无 失 真 地 通 过 滤 波 电 路 , 的 调 幅 信 号通 过 滤 波 电 路 后 出 现 明 显 失 真 。 仿 真 结 果 分 别 如 图 、图

15、 、 图 所 示 。 三 个 图 中 , 上 面 的 信 号 为 激 励 信 号 分别 为 , , 的调 幅 信 号 , 下 面 的 信 号 为 滤 波 器 输 出 信 号 。安 捷 伦 科 技 推 出 它 的 第 一 种 低 价 、 以 为 主 机 的 逻 辑 分 析 仪不 仅 提 高 了 性 价 比 , 而 且 在 易 用 性 上 也 有 了 新 的 突 破逻 辑 分 析 仪 的 价 格 和 其 操 作 性 方 面 的 间 题 一 直 是 困 扰 硬 件 和 现 场 可 编 程 门 阵 列 设 计 师的 最 大 问 题 , 为 了 有 效 地 解 决 它 , 安 捷 伦 科 技 公 司 研

16、 制 出 一 种 低 价 、 以 为 主 机 的 逻 辑 分 析 仪 , 并 将于 年 月 日 上 市 , 这 种 仪 器 结 构 坚 固 、 重 量 轻 、 不 仅 功 能 易 于 理 解 , 且 在 操 作 性 上 也 有 了 新 的突 破 。 这 种 以 为 主 机 的 逻 辑 分 析 仪 , 也 是 安 捷 伦 公 司 第 一 种 这 种 类 型 逻 辑 分 析 仪 , 而 其 价 格 比 类似 性 能 的 安 捷 伦 台 式 逻 辑 分 析 仪 低 以 上 。安 捷 伦 科 技 公 司 的 逻 辑 分 析 仪 具 有 个 通 道 , 状 态 和 定 时 分 析 能力 , 而 且 每

17、个 通 道 都 具 有 采 样 深 度 。满 足 您 对 低 价 逻 辑 分 析 仪 的 需 求以 为 主 机 的 安 捷 伦 的 诞 生 , 使 设 计 师 具 备 了 快 速 诊 断 硬 件 故 障 的 能 力 , 从 而 加 快了 产 品 向 市 场 的 投 放 , 更 为 企 业 赢 得 了 时 间 和 机 会 。安 捷 伦 创 新 的 屏 幕 显 示安 捷 伦 带 有 用 户 界 面 , 因 而 方 便 您 使 用 所 有 逻 辑 分 析 仪 常 用 的 功能 , 并 可 同 时 在 同 一 屏 幕 上 访 问 数 据 。 您 也 可 通 过 单 独 的 对 话 框 访 问 不 常

18、使 用 的 功 能 。主 屏 分 成 个 部 分 。 第 一 部 分 允 许 您 分 配 物 理 通 道 的 名 称 、 重 新 命 名 信 号 、 让 成 组 信 号 进 人 总线 , 以 及 扩 展 和 压 缩 总 线 。 第 二 部 分 也 称 为 “ 触 发 设 置 ” 部 分 , 包 括 只 需 几 次 鼠 标 点 击 就 可 建 立 触 发 条件 的 触 发 下 拉 菜 单 。 第 三 部 分 可 按 需 要 显 示 所 有 的 采 集 数 据 。当 仪 器 接 到 目 标 系 统 时 , 您 可 在 新 的 安 捷 伦 上 立 刻 看 到 数 据 。 在 观 察 到 数 据 之

19、前 , 不需 要 进 人 设 置 菜 单 和 触 发 菜 单 。安 捷 伦 的 其 它 特 点 可 实 现 从 任 何 目 标 电 路 板 或 系 统 进 行 采 集 数 据 的 脱 机 分 析 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 的 机 械 设 计 磅 , 又 义 简 单 的 单 触 “ 放 大 ” , 可 更 方 便 地 观 察 扩 展 的 定 时 信 号 显 示 不 同 时 间 总 线 值 的您 可 从 因 特 网 网 站 馆 。 月 下 载 而 试 用 安 捷 伦 界 面 。如 果 您 还 瀚 要 了 解 更 多 有 关 安 捷 伦 的 信 息 和 性 能 指 标 , 请 与 本 公 司 热 线 咨 询 中 心 联 系 一 一