二阶压控低通滤波器设计

1、哈尔滨工业大学“二阶压控低通滤波器”设计姓名:班级:学号: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MultisimIO对其进行仿真观察，得出实验结论.、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

2、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0.01pF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，具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f>fo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。

3、20lgV3B图1二阶压控LPF的幅频特性4.3. 分析过程% 1 I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G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C1的改接不影响滤波器的放大倍数，即Ap=1,R2。RiWG=G,根据“虚短”、“虚断”特性和叠加定理，有:Uo(s)=ApU.(s)U (s) =Un(s)1 sCR5(s) -Un(s)c U一Un(s) _Uo(s)sC 一一n(s)-U.(s)二 0联立解得:Au(s)=Uo(s)Ui(s)1 (3-Aup)sCR (sCR)由上式，滤波器的频率响应可以写为：式中fo =2 二 RCA二fj(3-A

4、up)f当f = %时，可以简化为a=j(3-Aup)根据条件有fH=吏2口£0427fo=2KHz,解得RC=1.0106父10鹿，其中C=0.01PF,故取R=10K。由于Aup=1+R2=2,取R=R=10K。至此，所有参数计算完毕。此处采用NA741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。具引脚图如图3所示，相关参数如图4所示。OFFSET N I iN- IN+ VCC-JNCVC

5、C+OUT5 OFFSET N2图3NA741弓I脚图UA741UA747NumberofChannels#)12TotalSupplyVoltage(Mln)£+5=5.*/»5V=10)17TotalSupplyVoltage(Max)(+SV=S,+/-5V-10)招GBWClyp)(MHz)11SlewRate(Typ)(V/us)OS0.5CMRR(Mln)(dB)7070Vos(OffsetVoltage25C)(Mjjc)(mV)66HB(Max)(pA)150000015DDOOOlqperchannel(Max)(mA)2.82.8RatingMilita

6、ryMilitaryOperatingTemperatureRange(C)Oto70Oto70Pin/Patkage8PDIP8$O8S0IC14PDIP样片样片图4NA741相关参数4.4. 仿真结果仿真电路图如图5所示，通过交流分析，其/&出幅频特性曲线如图6所示,波特图如图8所示。FEE-12V图5仿真电路图图6仿真幅频特性、相频特性图EE'J匚E_vcc12V图7波特图分析电路BodePlotterXBPI图8仿真波特图4.5. 结果分析2AC由仿真结果可谷易看出，当f=2KHz时，Aup=-2-,当频率较小时Ap=2。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，2009.2 李海燕.Multisim&Ultiboard电路设计与