压控低通滤波所有专业(编辑修改稿)

压控低通滤波所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

分析、零极点和蒙特卡罗等多项分析。 使用 EWB 对电路 进行设计和实验仿真的基本步骤是： 1. 用虚拟器件在工作区建立电路； 、参数值和标号； ； 4. 选择分析功能和参数； ；。 7 第三章 滤波器 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。 滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 我国广泛使用滤波器是 50 年 代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。 经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。 滤波器相当于一个电压源。 其优点是：电路性能稳定，增益容易调节。 它能够使有用信号通过且同时抑制无用信号。 工程上常用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。 低通滤波器具有通低频阻高频的特点。 由集成运放和 R、 C元件组成的有源滤波电路，具有不用电感元件、体积小、重量轻等优点。 而且由于集成运放的开环电压 增益和输入阻抗都很高，且输出阻抗低，它构成的有源滤波电路还具有一定的电压放大和缓冲作用。 滤波器介绍 电视机和一些电子产品中常用的滤波器有陶瓷滤波器、声表面滤波器、陶瓷陷波器和陶瓷鉴频器等。 8 有源滤波器 有源滤波器由下列一些有源元件组成：运算放大器、负电阻、负电容、负电感、频率变阻器（ FDNR）、广义阻抗变换器（ GIC）、负阻抗变换器（ NIC）、正阻抗变换器（ PIC） 、 负阻抗倒置器（ NII）、正阻抗倒置器（ PII）、四种受控源，另外，还有病态元件极子和零子。 由 RC 有源滤波器 为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q 值可达 1000，克服了 RLC 无源滤波器体积大， Q 值小的缺点。 但它仍有许多课题有待进一步研究：理想运放与实际特性的偏差的研究；由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进，单片集成有待进一步研究；应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索；元件的绝对值容差的存在，影响滤波器精度和性能等问题仍未解决；由于 R 存在，集成占芯片面积大，电阻误差大（ 20%～ 30%），线性度差等缺点，使大规模集成仍然有困难。 尽管有这么多问题， RC 有源滤波器的理论和应用仍在持续发展中。 滤波器的应用和特点 有源滤波器是一种应用相当广泛的滤波器。 随着集成运放的不断发展和完善，有源滤波器的应用更加广泛。 实践证明，在有源滤波器中，集成运放是一个非常有用的有源电子单元。 在无线技术领域中，集成运放滤波器应用相当广泛。 它有如下特点。 优点： 1) 在制作截止频率或中心频率较低的滤波器时，可以做到体积小、重量轻、成本低。 9 2) 无需阻抗匹配。 3) 可方便地制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器。 4) 可得到一定的增益。 5) 如果使用电位器、可变电容调整，可使滤波器的精度达到 %。 6) 由于采用集成电路，故受机械振动、温 度、湿度以及化学环境影响小。 7) 不易受电磁干扰。 8) 设计、计算、调试方便简单。 缺点： 1) 制作频率特性较陡的滤波器比较困难。 2) 需使用电源，功耗可到数瓦。 3) 噪声较大，通常约是几微伏到几毫伏。 4) 从目前集成运放的性能来看，有源滤波器还不适用于高频范围，通常使用频率在几十千赫以下。 因此，集成运放有源滤波器可广泛的用于低频、甚低频范围。 一般说来，从通带性能看，有源滤波器可分为低通滤波器（ LPF）、高通滤波器（ HPF）、带通滤波器（ BPF）、带阻滤波器（ BEF）等。 从通带滤波器特性看，有源滤波器可分为最大平直型（伯特沃斯 型）滤波器、纹波型（契比雪夫型）滤波器、线性相位型（贝塞尔型）滤波器等。 从集成运放作为有源滤波器看，有源滤波器可分为无限增益单反馈环型滤波器、无限增益多反馈环型滤波器、压控电源型滤波器、无限增益多态反馈电路型滤波器、负阻变换型滤波器、回转器型滤波器等。 低通滤波器介绍 10 低通滤波器的主要技术指标 （ 1）通带增益 Avp 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图 所示。 性能良好的 LPF 通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。 （ 2）通带截止 频率 fp 其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图。 通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。 图 LPF 的幅频特性曲线 简单一阶低通有源滤波器 一阶低通滤波器的电路如图 所示，其幅频特性见图 ，图中虚线为理想的情况，实线为实 际的情况。 特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。 11 图 一阶 LPF 图 一阶 LPF 的幅频特性曲线 当 f = 0 时，电容器可视为开路，通带内的增益为 一阶低通滤波器的传递函数如下 其中 , S=jω 该传递函数式的样子与一节 RC 低通环节的增益频率表达式差不多，只是缺少通带增益 Avp 这一项。 简单二阶低通有源滤波器 为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC 低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。 它比一阶低通滤波器 的滤波效果更好。 二阶 LPF 的 电路图如图 所示，幅频特性曲线如图 所示。 12 图 二阶 LPF 图 二阶 LPF 的 幅频特性曲线 通带增益 当 f = 0 时，各电容器可视为开路，通带内的增益为 二阶低通有源滤波器传递函数 根据图 可以写出 ， 通常有 ，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数 通带截止频率 13 将 s 换成 jω，令 可得 当 时，上式分母的模 解得截止频率： 与理想的二阶波特图相比 ，在超过 以后，幅频特性以 40 dB/dec 的速率下降，比一阶的下降快。 但在通带截止频率 之间幅频特性下降的还不够快。 二阶压控型低通有源滤波器 二阶压控型 LPF 二阶压控型低通有源滤波器如图 所示。 其中的一个电容器 C1 原来是接地的，现在改接到输出端。 显然， C1 的改接不影响通带增益。 图 二阶压控型 LPF 图 二阶压控型 LPF 的幅频特性 14 二阶压控型 LPF 的传递函数 对于节点 N，可以列出下列方程 联立求解以上三式，可得 LPF的传递函数 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。 频率响应 由传递函数可以写出频率响应的表达式 当 时，上式可以化简为 定义有源滤波 器的品质因数 Q 值为 时的电压放大倍数的模与通带增益之比 以上两式表明，当 时， Q1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高，具体请参阅图。 当 ≥ 3 时， Q=∞，有 15 源滤波器自激。 由于将 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，甚至可能引起自激。 二阶反相型低通有源滤波器 二阶反相型 LPF 如图 所示，它是在反相比例积分器的输入端再加一节RC 低通电路而构成。 二阶反相型 LPF 的改进电路如图 所示。 图 反相型二阶 LPF 图 多路反馈反相型二阶 LPF 由图 可知 对于节点 N，可以列出下列方程： 传递函数为： 16 频率响应为 ： 以上各式中 ， ， 若 R1=R2=Rf=R, C1=C2=C， 则 Avp = 1， f0=1/(2πRC) ，Q=1/(3AvP)=1/3 17 第四章 UA741 概述 741 是由两个独立的、高增益、内置频率补偿的运算放大器组成的集成电路。 它专为获得电压范围、单电源供电的运算放大器设计。 也可以双电源供电：因为电源电流消耗低，可以不依赖于电源电压的大小。 主要应用在换能放大器、直流增益模块和使用通用运算 放大器的电路。 例如，它能直接使用数字系统的标准 +5V 电源电压，将容易达到所需要的功能而无需额外的正负 15V 电源电压支持。 UA741 的功能框图： 18 图 21 ua741 管角排列图 UA741 的特点 管脚图及工作参数：集成运算放大器 μA741 的管脚图见 上 图所示。 其主要极限参数 ( 最大额定值 ) 如下。 最大电源电压： 177。 18V 最大差分电压 ( 同相端与反向端之间的输入电压 ): 177。 30V 最大输入电压 : 177。 15V 允许工作温度 :0 ℃ ~+70 ℃ 允许功耗 :IIIW 最大输出电压 : 比电源电压略低 例 : 当电源电压提供士 12V 时 , 开环时最大输出电压约为士 10V 19 引出段序号 符号 功能 1 Offset null 1 调零 2 IN 反相输入 3 IN + 同相输入 4 VCC 电源负 5 Offset null 2 调零 6 OUT 输出 7 VCC+ 电源正 8 . 第五章 低通有源滤波器设计要求和过程 设计要求： 截止频率 fc=3kHz。 增益 Av=1。 阻带衰减速率大于 40dB/10 倍频程； 调整并记录滤波器的性 能参数及幅频特性。 低通滤波电路总体设计方案论证 设计截止频率为 fc=3kHz，查找教材图标知 C=。 K=100/f*c=1。 20 A=1， K=1 时 ,查找教材图表知： R1=, R2=, R3 开路， R4=0, C1=。 由于 K=1，所以电路中所用电阻值与上面列表中的相同，电容 C1=, C=。 元器件选择 交流电源 1， uA741 型运算放大器 1，普通电阻 2， 电容1 和 电容 1， 15V 直流稳压电源 2，导线若干。 备注：低通滤波器可以用 741 运放、电容和电阻来实现。 采用了一个 LM358双运放芯片，里面包含有 2 个 741 运放。 前一级的运放是实现低通滤波器的功能，后级实现对滤波后信号的放大作用 第六章 .硬件制作电路以及调试的总结 设计压控有源低通滤波器并仿真 设计条件： fc=3kHz 图 13EWB 方针电路图 21 在 3KHZ 处衰减如图所示 图 14EWB 幅频特性仿真 当信号源的输入为 200HZ,1V 时 : 图 15 仿真输入信号值 输出波形和输入 (红色 )波形为 : 22。