集成运放在信号处理方面的应用-有源滤波器的设计与调试

1、，电子基础教育实验中心，信号处理应用有源滤波器的设计和调试，1，实验目的，2，设计原理和基准电路，3，实验内容，5，预览要求和实验报告，4，实验设备，6，实验研究和测试问题，第一次有源滤波器的基本原理，学习了二次有源滤波器的基本设计方法。熟悉三次有源滤波器参数测量。实验目的，2设计原理和参考电路，1)优点：无电感元件，特定增益，轻便，紧凑，易于调试，可用于信息处理、数据传输和干扰抑制。2)缺点：但是，由于运算放大器的频带限制，这些滤波器主要用于低频。3)分类：根据频率选择要求，滤波器可以分为4类：低通、高通、带通和带阻，如图5.1所示。(a)由运算放大器和RC元件组成的有源滤波器的基本原理，图

2、5.1滤波器的幅频特性，理想幅频特性的滤波器难以实现，只能通过实际滤波器的幅频特性来近似理想滤波器。一般来说，滤波器的阶数n越高，振幅-频率特性衰减得越快，越接近理想滤波器，但是RC网络的阶数越多，元件参数计算就越麻烦，电路调试也就越困难。因此，这里主要介绍具有巴特沃斯响应的二次有源滤波器的基本设计方法。1，基本原理：典型的二次主动低通滤波器可以在负反馈环路上增加电容器C3，以防止如图5.2所示的自激和峰值脉冲，C3的容量一般为22pF51pF。此过滤器在每个RC电路上衰减20 db10 octave，在每个级别过滤器上衰减40 db10 octave。图5.2二次活动LPF，(2)二次活动L

3、PF的设计，Auf，n，q分别表示为：通过带增益：固有角度频率：质量系数：传递函数关系：二次活动LPF方法1:如果设置Avf=1，R1=R2，则Ra=，(n为阶)，2，设计方法，自上而下，q可以分别根据r，c值和计算放大器增益Auf的变化进行调整，并且彼此之间，方法2: R1=R2=R，C1=C2=C需要具有次要作用中LPF，=lkHz的bardwworth性质(Q0.71)的设计范例，如图5.3所示，根据方法1和方法2两种设计方法分别进行计算，得到以下两种结果：方法1: AVF=1，Q0.71，R1=R2=R=160k选择，例如方法2: R1=R2=R=160K，q 0.71，基准(5.7)

4、两个参数表达式和特性也具有两重性。(3)第二活动HPF，图5.3第二活动HPF，样式中的，第二HPF的传递函数如下：方法1: Q=1设置，C1=C2=C，根据所需Q，可用，2，设计方法，HPF中r，C参数的设计方法也类似于LPF，有两种。根据方法2:所需的q设置C1=C2=C，R1=R2=R。这两种方法的应用特性与LPF的应用特性相同。3，计算具有batworth特性的辅助活动HPF(Q0.71)、已知fn=1kHz、r、c的参数，如设计案例设计图5.4所示。方法1:设置Avf=1，然后选择C1=C2=C=1000Pf以获得R1=112K、2=216k，您可以分别选择110K和220k公称值。

5、选择方法2: R1=R2=R=160k将选择Avf=1.58、1=C2=C=1000pF。图5.4二次有源HPF，可见高q值过滤器带宽窄，输出电压大；相反，低q值过滤器需要带宽大，输出电压小。(3)第二有源带通滤波器，1，基本原理，带通滤波器(BPF)是电路的带宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率F0的频率点。带通滤波器的带宽越窄，选择性越高。也就是说，电路的质量系数q越高越好。电路的q值是公用的，BPF的电路形式更多。下图是宽带过滤器的示例。如果LPF的通过频带阻塞频率高于HPF的通过频带阻塞频率，则可以将相同组件电压控制源过滤器的LPF与HPF连接起来，以获得Butterwort

6、h通过频带响应，如下图所示。2，通过这种方法配置的带通滤波器易于调节宽带通带阻频，因此常用于测量信号噪声比(SN)的音频带通滤波器。在电话系统中，可以使用下图所示的过滤器抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号，全通频带增益为8dB。3实验内容，1 .基本要求：基于上述方法计算电路的分量值、截止频率和增益，要求误差在10%以内。(1)设计需要截止频率fc=3000Hz、Q=0.71的二阶有源低通滤波器。(2)设计需要截止频率fc=300Hz、Q=0.71的二次有源高通滤波器。2 .扩展要求：设计二次有源带通滤波器(语音滤波器)。阻塞频率fch=300hz，fcl=300hz，阻塞衰减速度需要

7、40db/10 octave(提示：第一次低通和第一次高通级联)。3根据计算的元件值安装上述三个有源滤波器电路。在输入部的信号Vi=100mV中，以点-频率方式测量每个过滤器的幅度-频率特性，并绘制曲线(LPF为10fc，HPF为1/10fc，BPF为F0，fL，fH，10fH和1/10fL)。实验性地调整和修改零部件值，以使性能参数、振幅-频率特性满足要求。给定条件：(1)电源电压12V(2)集成运放：LM324，4需要注意的问题(1)设计表中的部件号必须与回路中的部件号匹配。(2)连接电路后，应短路输入信号，测量第一输出是否与第二输出静态电压接近0，如果差距太大，应检查电路连接是否错误或组件是否损坏。(3)实验过程中指针偏差较大，应根据性能参数的表达式调整和修改相应的分量值。1个直流电压调节器电路1个2函数信号发生器3个双通道示波器1个4晶体管毫伏表1个5万用表，4个实验仪器，1个。探讨了运算放大器和滤波器的工作原理。有源滤波器预习的基本设计方法。回顾幅频特性测试方法。4.使用EDA技术模拟设计电路，将仿真结果与实验测试值进行比较。设计阶段和实验阶段。6.记录波形，分析性能是否满足设计要求，讨论分析错误的原因。5项预览要求和实验报告，1