压控电压源二阶LPF幅频特性的研究文档格式.docx
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元器件清单8
压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种,适合作为多级放大器的级联。
当今时代随着科学技术的发展,先进的电子技术在各个近代学科门类和科学技术领域中占有不可或缺的核心地位。
同时在国家的事业中发挥了重大作用。
低通滤波器的使用非常广泛。
该种滤波器只让规定的低频率通过,而且电路性能稳定,增益易调节。
利用这一特点不仅可以通过有用信号还可以抑制无用信号。
工程上常常用低通滤波器作信号处理,数据传输和抑制干扰。
例如:
无线电发射机利用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射;
固体屏障也是一个声波的滤波器,当一个房间播放音乐时很容易听到低音,但高音被滤掉了。
我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有各种电信设备。
我国电子产品要想实现大规模集成,滤波器集成化仍是一个问题。
2、方案的确定
2.1、二阶压控型LPF
二阶压控型低通有源滤波器如图1。
所示其中的一个电容器G原来是接地的,现在改接到输出端。
显然,G的改接不影响通带增益。
图1二阶圧控型LPF
2.2.二阶压控型LPF的传递函数
对于节点川可以列出下列方程
空也-[张)干创毎辺3=o
RR
联立求解以上三式,可得LPF的传递函数
l+(3-^)sCA+[sCZ?
)2
上式表明,该滤波器的通带增益应小于3,才能保障电路稳定工作。
2.3、频率响应
山传递函数可以写出频率响应的表达式
当/=/0时,上式可以化简为
Ap
j(3-血)
定义有源滤波器的品质因数0值为/=/0时的电汗放大倍数的模与通带增益之比以上两式表明,当2<
4pV?
时,01,在/=/o处的电压增益将大于九,幅频特性在/=/0处将抬高,具体请参阅图3。
当坷±
3时,沪有源滤波器自激。
由于将口接到输出端,等于在高频端给LPF加了一点正反馈,所以在高频端的放大倍数有所抬高,M至可能引起自激。
3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算
工作原理是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。
有源滤波电路一般山RC网络和集成运放组成,因而必须在合适的直流电源供电下才能起滤波作用,与此同时还可以进行放大,。
组成电路时应选用带宽合适的集成运放。
有源滤波电路不适于高电圧大电流的负载,只适用于信号处理。
如图1所示,电路中既引入了负反馈,乂引入了正反馈。
当信号频率趋于零时,由于。
的电抗趋于无穷大,因而正反馈很弱;
当信号频率趋于无穷大时,山于C2的电抗趋于零,因而S(s)趋于零。
可以想象,只要正反馈引入得当,就既可能在f=/o时使电压放大倍数数
值增大,乂不会因正反馈过强而产生自激振荡。
因为同相输入端电位控制山集成运放和川、
&
组成的电圧源,故称之为压控电压源滤波电路。
t2Ci=C2=CoM点的电流方程为
URs)—Um(s)
R~
Sf(s)-U(心)iUm(s)-Up(s)
(7)
11R
P点的电流方程为
Um(s)-Up(s)_Up(s)
R1
(8)
sC
两式联立,解出传递函数
Au(s)=-
A“p(s)
IS4Z\、7
(9)
\+[3-Altp(s)]sRC+(sRCy
若令s=\co.fo=一!
一,则电压放大倍数
XRC
A“二7—7-(10)
1一(亍广+j(3一A"
)~
则八/(>
时,有|AM|iz-/o=J^L=e|Alv|,即
3—Aup\
(11)
可见,Q是/=/<
)时的电圧放大倍数与通带放大倍数数值之比。
/>
>
%时,
当2<
H<
3时,|Au|l/-/o>
|A^|o图2所示为Q值不同时的幅频特性,
曲线按-40dB/十倍频下降。
201)
忧閩
20
10
n
■»
U
-10
■
-20
-30
•40
图3压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性
表1压控电压源二阶低通滤波器幅频特性的测试结果
反馈电阻
特征频率
通带电压增
益
通带电压放大倍数
f=f°
处的电压增益
/=/o处的电压放大倍
数
品质因数
Rf/kQ
/o/Hz
201glAj/dB
Aup
201glAnI
/=/o1/dB
Q=lAu\fv!
Attp1
12
1000
6.848
2.2
8.74
2.74
1.245
25
10.881
3.5
16.843
6.95
1.99
4、总体电路设计和仿真分析
介为特征频率,在分析RC低通滤波器及其幅频特性时,当/>
〃时/;
=—―1—-
2/r(R〃Rl)C
所以在分析压控电压源二阶低通滤波器电路时,得到为什么令=-lOOOHzo
2^-RC
仿真电路如图4、图7所示,集成运放采用LM324,其电源电压为±
15V,Multisim软件默认为电源端4、11已接电源。
因为引入合适的正反馈,在/=/o使电压放大倍数大,乂不会因为因正反馈过强而产生自己震荡。
所以在/o=lkHz处。
滤波器的品质因数0,也称为滤波器的截止特性系数,其值决定于f=/()(/(>
为特征频率)附近的频率特性,我们研究的滤波器属切比雪夫滤波器。
有源滤波电路一般均引入电压负反馈,因而集成运放工作在线性区,故分析方法与运算电路基本相同,常用传递函数来表示输出和输入的函数关系。
有源滤波电路的主要性能指标有通带放大倍数血八通带截止频率%、特征频率/,、
带宽宓和品质因数0等,用幅频特性描述。
图4尺=12kG时压控电压源二阶滤波电路图
图5用=12kG、/o=lkHz时示波图
BodePlotter-IBPl
图6尺=12kG、/<
)=lniHz时示波图
图7用=25kG时压控电压源二阶滤波电路图
图8Rf=25kQ>
/o=lkHz时示波图
BodePlotter-IEP2
+•(^inr-+eout一
-Horizontai
「Vertical
LogLin
F
1|MHz
F|201dB
I
-C
1|mHz
ontrols
:
j-20jdE
Mode
Magnitude
Phase
|(:
瞬就謀:
:
]曲e|Set…|
图9尺=25kG、/<
5、心得体会
课程设计做了十儿天,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,同时在设讣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
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【2】彭介华编《电子技术实验与课程设计》[M]高等教育出版社2003
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[4]王港元编《电工电子实践指导》[M]江西科学技术出版社2000
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[6]许素贞杜群羊吴海青等编《模拟电子技术基础与应用实例》[M]北京航空航天出版社2004
[7]劳五一劳佳编《模拟电子电路分析、设计与仿真》[M]清华大学出版社
[8]薛鹏骞等频分复用有源滤波电路的EWB仿真设计[J]辽宇工程技术大学学报
附录
元器件清单
表2元器件清单
编号
器件
型号
数量
标号
1
放大器
LM324AJ
U1
2
电阻
1.68
R、R2
3
10AQ
R1
4
12AQ
Rn
5
25AQ
R门
6
电容
0.1pF
Cl、C2
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- 关 键 词:
- 电压 源二阶 LPF 特性 研究