二阶有源低通滤波器

设计题题目 二阶有源低通滤波器

设计一个有源低通滤波器的截止频率为kHz f 10 。

方案论证

（1）：对信号进行分析与处理时, 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入的。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。

滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种

工作原理：

二阶有源滤波器是一种信号检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。

有源二阶滤波器基础电路如图1所示：

图1 二阶有源低通滤波基础电路

它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90º，两级RC 电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，

输出阻抗低。

传输函数为：

)()()(i o s V s V s A = 2F F )

()-(31sCR sCR A A V V ++= 当f=0或者频率很小时，各电容可视为开路

F 0V A A ==1+（A vf\-1）R1/R1 称为通带增益

F

31V A Q -=称为等效品质因数 RC

1c =

ω 称为特征角频率 则2c n

22c 0)(ωωω++=s Q s A s A

上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式

注：当Q ＝0.707时的3dB 截止角频率，当30≥=VF A A 电路将自激振荡。

当jw s =代入

2220222)(c c c c c c VF w s Q

w s w A w s Q w s w A s A ++=++= （式１１）

则 2220

)(])(1[1lg 20)(lg 20Q w w w w A jw A c c +-= （式１２）

2)(1)(arctan )(c

c w w Q w w w --=ϕ （式１３）

图２－２ 二阶有源低通滤波电路的幅频响应

由图可见,当 Q = 0. 707 时,幅频特性最平坦,而当 Q > 01707 时,在通带截止频率附近幅频特性曲线将会上翘。Q 值越大特性曲线上翘得越厉害。可见 Q 值具有重要的意义, Q 值不同,幅频特性曲线的形状也不同。在设计滤波器时, Q 值是一个重要的参数。

2.1.3 电阻电容的选取

根据 2

12112C C R R f w ==π （式１５） 2

1222141C C f R R π= （式１６） 21R R = , c 1=c 2

由 f=10kHz

在这里所选用的电容Ｃ＝1000pF

推出Ω=k R 9.151 Ω=k R 162

pF 10001＝＝ＣＣ２

（2）芯片介绍：

产品型号：LM324N

1.概述与特点

LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作，但亦可在双电源条件下工作。本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域中有广泛的应用。其特点如下：

●具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3V~30V ，双电源±1.5V~±15V ●内含相位校正回路, 外围元件少

●消耗电流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞)

●输入失调电压低:±2mV (典型值)

●电压输出范围宽：0V ~ Vcc —1.5V

●共模输入电压范围宽：0V ~ Vcc —1.5V

●封装形式：DIP14

图2 LM324N实物图图3 LM324N管脚图

四总结与体会

实习了两个星期的，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]康华光，北京：高等教育出版社，2006.1

[2]邵毅全马耀庭 SHA等，二阶有源低通滤波器设计与仿真研究。学术期刊（激光杂志）

2009年3期

[3]朱达群, 施围著，电子电气电路仿真。中国电力出版社 2009

[4]郑君里等编著，信号与系统。高等教育出版社 2000