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二阶低通滤波器工作原理



  1、总方案设计

  方案框图

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  2、子框图的作用

  RC网络的作用

  在电路中RC网络起着滤波的作用,滤掉不需要的信号,这样在对波形的选取上起着至关重要的作用,通常主要由电阻和电容组成。

  放大器的作用

  电路中运用了同相输入运放,其闭环增益RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高,输出阻抗很低的特点,广泛用于前置放大级。

  反馈网络的作用

  将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端,称为反馈,其中电路称为反馈网络,反馈网络分为正、负反馈。

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  3、方案选择

  1)滤波器的选择

  一阶滤波器电路最简单,但带外传输系数衰减慢,一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感,在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。

  2)级数的选择

  滤波器的级数主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得-6dB每倍频程(-20dB每十倍频程)的衰减,每二阶低通或高通电路可获得-12dB每倍频程(-40dB每十倍频程)的衰减。

  3)元器件的选择

  1、有源二阶压控滤波器

  基础电路如图1所示

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  图1二阶有源低通滤波基础电路

  它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成,在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈,在不同的频段,反馈的极性不相同,当信号频率f>>f0时(f0为截止频率),电路的每级RC电路的相移趋于-90º,两级RC电路的移相到-180º,电路的输出电压与输入电压的相位相反,故此时通过电容c引到集成运放同相端的反馈是负反馈,反馈信号将起着削弱输入信号的作用,使电压放大倍数减小,所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减,只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高,输出阻抗低。

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  2、无限增益多路反馈有源滤波器

  基本形式图

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  在二阶压控电压源低通滤波电路中,由于输入信号加到集成运放的同相输入端,同时电容C1在电路参数不合适时会产生自激震荡。为了避免这一点,Aup取值应小于3.可以考虑将输入信号加到集成运放的反相输入端,采取和二阶压控电压源低通滤波电路相同的方式,引入多路反馈,构成反相输入的二阶低通滤波电路,这样既能提高滤波电路的性能,也能提高在f=f0附近的频率特性幅度。由于所示电路中的运放可看成理想运放,即可认为其增益无穷大,所以该电路叫做无限增益多路反馈低通滤波电路。

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  1、二阶压控低通滤波器设计及参数计算

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  所以根据上述推导公式可得:电路设计时应该使得一文看懂二阶lc低通滤波器的设计及原理,根据市场能买到的器件,则可以取R4+R3+10k,然后由中心频率计算公试可以取C1=C2=0.1uF,可以得出电阻R1=596.58k,R4=1.06255k.可以用2k的电位器代替,基本达到设计要求了。

  仿真电路图如下所示:

  2、无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算

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  根据上述推导公式可得:电路设计时应该使得C1=C2,根据市场能买到的器件,则可以取C1=C3=0.1uF,然后由中心频率计算公式,电压增益公式以及品质因素的公式计算参数,依据以上三个公式,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的电位器调节,

  使得其等于0.22519K即可基本达到设计要求。其仿真电路图如下

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  四、电路组装及调试

  1、压控电压源二阶低通滤波电路

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  当输入的信号频率小于截止频率2000hz,其电路的增益为2.即其波形的峰峰值是两倍

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  2、无限增益多路负反馈二阶低通滤波器

  其仿真电路图如上:

  当输入的频率是1000HZ,2000HZ,30000JHZ的交流电源是输出信号的波形图分别如下:

  输出与输入的倍数关系分别是2倍,1.4倍然后是截至了,趋于0.滤波器的滤波效果已经达到,截至频率是2000HZ。小于2000HZ时,输出波放大2倍。

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