二、系統組成及工作原理
1、有源二階壓控濾波器
基礎電路如圖1所示
圖1二階有源低通濾波基礎電路
它由兩節RC濾波電路和同相比例放大電路組成,在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋,在不同的頻段,反饋的極性不相同,當信號頻率f>>f0時(f0為截止頻率),電路的每級RC電路的相移趨于-90o,兩級RC電路的移相到-180o,電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反,故此時通過電容c引到集成運放同相端的反饋是負反饋,反饋信號將起著削弱輸入信號的作用,使電壓放大倍數減小,所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減,只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高,輸出阻抗低。
2、無限增益多路反饋有源濾波器
基本形式圖
在二階壓控電壓源低通濾波電路中,由于輸入信號加到集成運放的同相輸入端,同時電容C1在電路參數不合適時會產生自激震蕩。為了避免這一點,Aup取值應小于3.可以考慮將輸入信號加到集成運放的反相輸入端,采取和二階壓控電壓源低通濾波電路相同的方式,引入多路反饋,構成反相輸入的二階低通濾波電路,這樣既能提高濾波電路的性能,也能提高在f=f0附近的頻率特性幅度。由于所示電路中的運放可看成理想運放,即可認為其增益無窮大,所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。
三、單元電路設計、參數計算、器件選擇
1、二階壓控低通濾波器設計及參數計算
所以根據上述推導公式可得:電路設計時應該使得,根據市場能買到的器件,則可以取R4+R3+10k,然后由中心頻率計算公試可以取C1=C2=0.1uF,可以得出電阻R1=596.58k,R4=1.06255k.可以用2k的電位器代替,基本達到設計要求了。
仿真電路圖如下所示:
2、無限增益多路反饋有源濾波器的設計及參數計算
根據上述推導公式可得:電路設計時應該使得C1=C2,根據市場能買到的器件,則可以取C1=C3=0.1uF,然后由中心頻率計算公式,電壓增益公式以及品質因素的公式計算參數,依據以上三個公式,取fO=2KHz,Q=0.707,Aup=2.令R1=R2可得:R1=R2=0.22519K,3R=0.45038K,而用R1,R2用2K的電位器調節,
使得其等于0.22519K即可基本達到設計要求。其仿真電路圖如下
四、電路組裝及調試
1、壓控電壓源二階低通濾波電路
當輸入的信號頻率小于截止頻率2000hz,其電路的增益為2.即其波形的峰峰值是兩倍
2、無限增益多路負反饋二階低通濾波器
其仿真電路圖如上:
當輸入的頻率是1000HZ,2000HZ,30000JHZ的交流電源是輸出信號的波形圖分別如下:
輸出與輸入的倍數關系分別是2倍,1.4倍然后是截至了,趨于0.濾波器的濾波效果已經達到,截至頻率是2000HZ。小于2000HZ時,輸出波放大2倍。
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