有源低通二阶滤波器的设计

有源低通二阶滤波器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 有源低通二阶滤波器的设计 ^工-动化 2005年第24卷第4期 ?接技m MeasurementandControlTechnique O.1.Automation 2005,Vo1.24,No.4 文章编号:1006—1576(2005)04—0085一Ol 有源低通二阶滤波器的设计 伍刚,张小平 (攀枝花学院电信学院,四川攀枝花617000) 摘要:采用计算法设计有源低通二阶滤波器,其电路从集成运放输出到同相输入间引入一个负反馈,该反馈使 滤波器只允许低频端的信号通过,实现低通滤波.用查表法设计,已知电路响应特性,形式,类型及阶数,滤波器性 能参数,再根据截止频率,选定电容标称值,查表求出相应电容值及电阻值,通过计算得到设计值以确定电路参数. 关键词:有源滤波器;低通二阶滤波;计算法;查表法 中图分类号:TN7l3.4;TN7l3.8文献标识码:A DesignofActiveLOW—PassSecondOrderFilter WUGang,ZHANGXiao—ping (CollegeofTelecommunication,PanzhihuaInstitute,Panzhihua617000,China) Abstract:TheActivelow—passsecondorderfilterisdesignedwithcomputingmethod,andanegativefeedbackwas importedbetweeninputandamplificationoutputofintegratecircuit.Thenegativefeedback madethesignaloflow frequencytopassthefiltertorealizelow-passfiltering.ForTablelookupdesign,firstly,knowr esponsecharacteristic, shape,typeandorderofcircuit,andperformanceparameterofthefilter.Accordingtocut-off~ equency,thenominalvalue ofcapacitancewasselected,andthecorrespondingcapacitancevalueandresistancevaluewa sextractedthroughtable lookup.Andthen,thecapacitancevalueandresistancevaluewascomputedtogetdesignvalue todefinecircuitparameter~ Keyword:Activewavefilter;Low?-passsecondorderfilter;Computingmethod;Tablelook up l前言 采用有源器件组成的滤波器,其有源器件类型 有被控源,变换器,回转器和集成运放等.故以集 成运放构成的有源滤波器为例,讨论二阶低通滤波 器的设计过程uJ. 2计算法用于参数确定 有源二阶源滤波器电路如图l,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》fc 时(fc为截止频率),电路的每级RC电路的相移趋 于一9O.,两级RC电路的移相到一l80.,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,传输函数为: A,———L Afs1::!! + 去1-Av'+1RCRCRCRR鬲CC1,,,1-,1 与低通滤波的传输函数的通用表达式 A(s)=Av?/(s+s+?)相比,得有源二阶低/ 通滤波器性能参数表达式为: ?乏=1/(R1R2CC1) :—一+—一+(1一A,,)QR 1CR2C'R2C H 图l有源二阶源滤波器电路 为了使运放输入端对地电阻平衡,在求解电路 参数时,还要外加一个等式Rl+R2=R3//R4.若在 给定有源二阶低通滤波器的截止频率为fc一2kHz, 电压增益为A=2,品质因素为Q=0.707的情况 下【4】,选择集成运放的型号为~tA741,并取电容C =0.0lF,然后将C=0.0lF,Q=0.707,A=2, fc=2kHz已知条件代入上述求出的性能参数方程和 R1+R2一R3//R4表达式,就构成了四元三次方程组, 解该方程组,得电路参数为:Rl=5.63K12(取标称 值为5.6KO+30f~),R2=l1.25KQ(取标称值为 llKQ+240f~),R3=R4:33.76Kf~(取标称值为 33KQ+75OQ),Ct:C=0.01~tF. 3查表法用于参数确定 n=3,4,5,…等高阶有源低通滤波器用计算法 计算困难.以巴特沃斯响应压控电压源电路为例, 查表法设计步骤为: ?根据电路的响应特性(巴特沃斯响应或切 比雪夫响应),滤波器的电路形式e卞l糖奢88页) 收稿日期:2005-03-31修回日期:2005,04—28 作者简介:伍刚(1963一),男,四川人,电子科技大学在读硕十.从事从场和波角度讨 论电路的干扰与噪声研究. ?85? 工-动化 2005年第24卷第4期 一撞技m MeasurementandControlTechnique 0.I.Automation 2005,Vo1.24,No.4 事件引发循环子程序.在运行循环中电压数值输 出,采用数码输出,经D/A转换去控制高压电源的 高压值.而电压值的升降,决定于真空度,击穿次 数及连续不击穿次数等因素,用条件判断语句即可. 5结论 采用计算机控制技术,以高压真空器件的真空 度和高压击穿情况为工艺进程的判据,决定电压幅 3O 20 音10 I覃O . 1 时间 度和限流电阻的增加或减少,输出幅度为?60, 200kV连续可调的半宽度约5pS的半正弦波,自动 进行高压脉冲极性和限流电阻转换,实时记录老化 过程数据及相关信息.输出波形如图6.该程控高 压真空器件老化台运行稳定可靠,不仅使高压真空 器件合格率提高了20%,还提高了高压真空器件耐 压能力,稳定性,可靠性和使用寿命. 艺 坦- I覃 ? ? 图6程控老化台输出的"+/."极性波形图 参考文献: 【1】米伦.程控高压真空器件台的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 【z】.绵阳:中国 工程物理研究院电子工程研究所.2002. 时间 【2】米伦.200kV脉冲发生器的研制【J】.高压电器,2004,(4). 【3】阎石.数字电子技术基础【M】.北京:高等教育出版社, 1983. 水丰水半水水水水 i(压控电压源电路VCVS或无限增4电路安装与测试 益多路反馈电路MFB),滤波器电路类型(低通, 高通,带通,带阻)及相应的阶数,滤波器的性能 参数fc,A"Q或BW(通频带)和截止频率, 选定电容C标称值(单位I.tF); ?查表求与A对应电容值及k=1的电阻值; ?将上述值乘以K就得到设计值.如取C= 0.01pF,由图2Ij求得k=5(注:坐标横轴,纵轴 刻度是不均匀的),再由表1可知,当C1=C一 0.01I.tF,A=2,k=1时,可查得电阻R1= 1.126KQ,R2=2.250Kf~,R3=6.752KQ,R4= 6.752Kf~,将上述的值乘以K就得到电路设计值: 即R1=5×1.126=5.63Kf~(取标称值为 5.6K.Q+30G,R2=5×2.250=11.25Kf~(取标称值为 11KQ+240f~),R3=R4=5×6.752=33.7KQ(取标 称值为33Kf~+750f~),同时集成运放的型号仍然选 取I.tA741. 表1 Av124681O R11.4221.1260.8240.617O.5210.462 R25.3992.2501.5372.O512.4292.742 R3开路6.7523.1483.2033.3723.560 R』O6.7529.44416.O1323.60232.O38 ClO.33CC2C2C2C2C 注:电阻为参数k=l时的值,单位为kQ 抵 ?88? 图2 将集成运放~tA741,以及上述过程确定的电 阻,电容安装在面包板或已制作好的负印制线路板 上并加上电,利用频率计输入vj=100mV的信号, 观测有源二阶低通滤波器的截止频率及电压放大 倍数A,测得幅频特性如图3,可知fc=2kHz,A =2.08,A.=1.66,滤波器的衰减速度为-32.4/10 倍频,基本满足设计的要求. 图3幅频特性 5结束语 利用公式法设计有源二阶低通滤波器,要求解 多元高阶方程组;若采用查表法求解电路参数,就 简单得多.因此应尽量采用查表法求解电路参数, 以减少电路运算复杂程度. 参考文献: 【1】王谨之.无线电基础【M】.北京:高等教育出版社.1994. 【2】杨素行,等.模拟电子电路【M】.北京:中央广播电视大 学出版社.2000. 【31谢自美.电子线路设计实验测试【M】.武汉:华中科 技出版社.2000. 【4】赵震初.无线电技术基础【M】.天津:天津科技大学出 版社.1982.