二阶有源低通滤波器设计

一题目要求与方案论证

1.1 （设计题题目）二阶有源低通滤波器

1.1.1 题目要求

设计二阶有源低通滤波器•要求截止频率f o=1OOOH;通带内电压放大倍数A o=15,品质因数Q=0.707. 分析电路工作原理，设计电路图，列出电路的传递函数，正确选择电路中的参数.

1.1.2 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：

①无源滤波器:

由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成

②有源滤波器:

一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用. 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理.

从功能来上有源滤波器分为

低通滤波器（LPF ) 、高通滤波器（HPF )

器（BPF ) 、带阻滤波器（BEF ) 带通滤波全通滤波器

（APF）

其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系.当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF而LPF与HPF并联，就构成BEF.在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路.滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP通带截止频率fP及阻尼系

数Q等•

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：

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 (fo 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-180 0，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容 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 输入阻抗高，输出阻抗低•

传输函数为：

令A o 二A/F 称为通带增益

c 引到集成运放同相端的反 .其特点是 A VF

A （s ）篇 1 "sCR g

1

Q

—称为等效品质因数 3 - AVF

号 与 •它设计在较宽的电压范围内单电源工 LM324N 占

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, 双电源土1.5V~± 15V •内含相位校正回路，外围元件少•消耗电流小:lcc=0.6m( 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

1.2 （实训题题目）波形发生器与计数器

1.2.1题目要求

利用74LS138以及两片74LS195构成模值2-8的程序计数器，如CBA俞入111（8分频）时，QD端输出8分频脉冲

芯片介绍：

LM324IM

运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器.可工作在单电源下，

图2LM324N实物图

14

13

2

3

斗I

510

7

图3 LM324N管脚图

9

电压范围是3.0V-32V 或+16V.

LM324M 勺特点：短跑保护输出、真差动输入级、可单电源工作： 3V-32V4.低偏置 电流：最大100nA (LM324A 、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共 模范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护功能 •

74LS90D

74LS90是二一五一十进制异步计数器，

从000计到111为例.先接成加法计数状态，在输出为 1000时(既Q4为高电平 时)把Q4输出接到R01和R02脚上(即异步置0),此时当计数到1000时则立刻置 0,从新从0开始计数.1000的状态为瞬态.

状态转化图中是0000到0111是有效状态，1000是瞬态，跳转从这个状态跳回到

0000状态.

(1) 计数脉冲从CP1输入，QA 作为输出端，为二进制计数器•

(2) 计数脉冲从CP2输入，QDQLQ 作为输出端，为异步五进制加法计数器•

(3) 若将CP2和QA 相连，计数脉冲由 CP1输入，QD QC QB QA 作为输出 端，则构成异步8421码十进制加法计数器.

(4) 若将CP1与QD 相连，计数脉冲由 CP2输入，QA QD QC QB 作为输出 端，则构

成

异步5421码十进制加法计数器. (5) 清零、置9功能.

a)异步清零

当R0( 1)、R0(2)均为“ 1”； S9 (1)、S9 (2)中有“ 0”时，实现异步清零

功能，即 QDQCQBQA=0000.

b)置9功能

当 S9 (1)、S9 (2)均为“ 1”； R0 (1)、R0 (2)中有 “ 0” 时，实现置 9 功 能,即 QDQCQBQA =1001.

RESETJSFTINPUTS

OUTPUTS

MRa 踽 MS 2

Q Q Q I 也 Cj

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L L L L H

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IL L L L X X H T H L L H

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一 1巨曲

7

图4： LM324MS 物图

L - LCfN Vtillage