二階有源低通濾波器

二階有源低通濾波器1、 二階有源低通濾波器的基本介紹1.1濾波器基本理論濾波電路是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置。20世紀60年代，集成運放獲得了快速的發(fā)展，由它和R,C組成的有源濾波器，具有不用電感，體積小，重量輕等優(yōu)點。此外,由于集成運放的開環(huán)增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又很低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。1.2低通濾波器工作原理低通濾波器是一種典型的選頻電路，在給定的頻段內(nèi)，理論上它能讓信號無衰減的通過電路，這一段稱為通帶。在通帶外的其他信號將受到很大的衰減，具有很大衰減的頻段稱為阻帶，通帶與阻帶的交界頻率稱為截止頻率，對濾波器的基本要求是：(1)通帶內(nèi)信號的衰減要小，阻帶內(nèi)信號的衰減要大，由通帶過渡到阻帶的衰減特性陡直上升;(2)通帶內(nèi)的特性阻抗要恒為常數(shù)，以便于阻抗匹配。2、 二階有源低通濾波電路的總體設(shè)計2.1濾波器一般結(jié)構(gòu)Vi(s)■=>濾波電路Vo(s)Vi(s)■=>濾波電路Vo(s)圖1濾波電路的一般結(jié)構(gòu)假設(shè)濾波電路是一個線性時不變網(wǎng)絡(luò)，則在復(fù)頻域內(nèi)有如下的關(guān)系式：A(s) (2.1)5(s)式中A(s)是濾波電路的傳遞函數(shù)，一般為復(fù)數(shù)。對于實際頻率來說(s=jw),則有A(jw)=|A(jw)|eEw)(2.2)這里|A(jw)|為傳遞函數(shù)的模，(p(w)為輸出電壓與輸入電壓之間的相位角。此外，在濾波電路中所關(guān)心的另一個量是時延T(w),單位是s,它的定義為T(w)二-半次s)(2.3)aw2.2幅頻特性通常用幅頻響應(yīng)來表征一個濾波電路的特性，欲使信號通過濾波電路的失真小，則相位或時延響應(yīng)也需要考慮。當相位響應(yīng)＜p(w)作線性變化，即時延響應(yīng)T(w)為常數(shù)時，輸出信號才可能避免失真。濾波器各個器件參數(shù)的大小，都會影響其濾波特性。如阻尼系數(shù)的大小，決定幅頻特性有無峰值。如下是濾波器的幅頻特性曲線。圖2幅頻特性曲線2.3二階低通濾波器電路結(jié)構(gòu)一般二階有源低通濾波電路主要有由運算放大器，電容和電阻構(gòu)成。運算放大器用于對信號的放大，電阻對電路起到反饋調(diào)節(jié)的作用,使電壓放大范圍大大增加，保持一定的開環(huán)增益，實現(xiàn)對一定范圍電

壓的放大，而電容起到調(diào)節(jié)的作用，把高于設(shè)定頻率的信號衰減掉,從而達到濾波的作用。UKOUT)UKOUT)2.4電路參數(shù)(2.4)(2.5)(2.4)(2.5)(2.6)R3截止頻率地)與m品質(zhì)因素@=點2.5傳遞函數(shù)TOC\o"1-5"\h\z集成運放的同相輸入端電壓為vl二彩* (2.7)而V3與VI的關(guān)系為(2.8)1IsKC對于節(jié)點1,應(yīng)用KCL得："(“-Vi田1山1(0成)］三：％0 (2.9)K K將(2.7)將(2.7)到(2.9)聯(lián)立求解，A0二ui(out)= A(0)''Ul(in)1+(3-A(0))sCR+(sCR)2令3=—Q=—^―RC3-A(0)可得電路的傳遞函數(shù)為：(2.10)(2.11)則有A(s)=A(0)o)則有A(s)=A(0)o)2

s2+^-s+a)2(2.12)3、模擬仿真3.1模擬仿真電路XFG1」ci*10nF03、模擬仿真3.1模擬仿真電路XFG1」ci*10nF0THERMALJ-IOISE1000kD27"C10000GHzR2W<Ar-d.GknC2豐10nF)PAMP3TBASICXBP1—KIN(圖6-4模擬仿真電路3.2對低頻信號的模擬結(jié)果根據(jù)低通濾波器的原理，對低電頻具有通過的作用，對高電頻有阻礙作用，由圖可證明所設(shè)計低通濾波器的正確性。

BodePlotter-XBPI圖6-5幅頻曲線模擬結(jié)果低電頻模擬結(jié)果:圖6-6低電頻輸出波形根據(jù)低通濾波器的原理，對低電頻具有通過的作用，對高電頻有阻礙作用，由圖可證明所設(shè)計低通濾波