二阶压控低通滤波器设计

哈尔滨工业大学

“二阶压控低通滤波器”设计

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2015.06.13

一、摘要

低通滤波器是一种典型的选频电路。本文详细介绍二阶压控电压源低通滤波器的设计方法,给出了其通用电路图。在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带，通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率。本设计用Multisim10对其进行仿真观察，得出实验结论.

二、关键词

滤波器、二阶低通、压控型

三、引言

随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理所不可或缺的部分，也得到了迅速的发展，且应用极为广泛，在卫星云图、电视信号以及雷达接收机当中滤波器是不可缺少的一部分。本次通过对滤波器基本理论的学习，简单阐述二阶压控低通滤波器的工作原理，并根据题中所给的已知量进行参数设计。

四、正文

4.1.设计要求

设计一个二阶压控型低通滤波器，要求通带增益为2，截止频率为2kHz ，可以选择0.01μF 的电容器，阻值尽量接近实际计算值。电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim 软件进行仿真分析。

4.2.方案提出

在普通有源二阶滤波器中，其幅频特性曲线在下降时，实际变化与理想状态下的变化相差很大，这就造成了滤波器性能的下降。因此考虑引入合适的反馈，增大幅频特性在0f f 处的衰减速率，同时使幅频特性又不过于抬升。如图1所示，当Q 值不同时，幅频特性曲线也不同。

图1 二阶压控LPF的幅频特性

4.3.分析过程

图2 二阶压控LPF

二阶压控有源滤波器如图2所示。将图中电容1C接到运放输出端，引入正反馈。由于在通带内电容可视为开路，因此1C的改接不影响滤波器的放大倍数，即

2

1

1up R A R =+。 取12C C =，根据“虚短”、“虚断”特性和叠加定理，有： ()()o up U s A U s +=

1

()()

1N U s U s sCR

+=+

()()()()

[()()]0i N N N o U s U s U s U s U s U s sC R R

+-----=

联立解得：

2

()1

()()1(3)()

o u up i up U s A s A U s A sCR sCR =

=+-+ 由上式，滤波器的频率响应可以写为:

200

1()(3)

up

up A f f j A f f A •

=

-+-

式中01

2f RC

π=

当0f f =时，可以简化为(3)

up up A j A A •

=

-

根据条件有001.27H f f =

≈=

2KHz ，解得RC241.010610s -⨯，其中C20.01μF ，故取R210H 。 由于2

1

1up R A R =+

2K ，取1210R R K ==。 至此，所有参数计算完毕。

此处采用741A μ芯片，=uA741M ，uA741I ，uA741C （单运放）是高增益运算

放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。其引脚图如图3所示，相关参数如图4所示。

μ引脚图

图3=741

A

μ相关参数

图4=741

A

4.4.仿真结果

仿真电路图如图5所示，通过交流分析，其输出幅频特性曲线如图6所示，波特图如图8所示。

图5 仿真电路图

图6 仿真幅频特性、相频特性图

图7 波特图分析电路

图8 仿真波特图

4.5.结果分析

由仿真结果可容易看出，当2f KHz =时，2

up A =

，当频率较小时2up A =。

即通带增益为2，截至频率为2KHz,与题目中给出的条件对比知，所设计的电路满足要求,通过仿真验证了设计结果的正确性。设计完成。

五、结束语（心得体会）

通过本次设计，加深了对集成运算放大器线性应用的了解，学会了一些模拟电子设计的基本方法，通过对电路的仿真，加深了对Multisim的熟悉，学会了交流分析与波特图分析方法，为以后的学习打下了良好的基础。同时，通过查阅相关文献，了解了一些低通滤波器的电路，拓宽了视野。

六、参考文献

[1]=王淑娟，蔡惟铮，齐明.模拟电子技术基础[M].=北京：高等=教育出版社，K009.

[K]=李海燕.=Multisim=&=Ultiboard电路设计与虚拟仪器仿真.=北京：电子工业出版社，K01K.K.

[3]北方交通大学,冯民昌主编:[模拟集成电路系统](第2版)北京中国铁道出版社1998

[4]汪惠.王志华编著:[电子电路的计算机辅助分析与设计方法]北京.清华大学出版社1996