1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題 目： 二階有源濾波器設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 時(shí) 間： 二階有源濾波器設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)二階有源高通濾波器和一個(gè)二階有源低通濾波器，并能將它們連接成帶通濾波器。高通濾波器截止頻率：100Hz，增益：AV=2。低通濾波器截止頻率：2KHz， 增益：AV=2。衰減速率：>30DB/10倍頻。二使用元器件：集成運(yùn)算放大器 LM324一片電阻 14k 2個(gè) 、20k 4個(gè)、9.5k2個(gè)電容 0.1uF 2個(gè)、0.01uF 2個(gè) 三原理及電路設(shè)計(jì)：二階濾波器重要性不僅僅在于它們本身，還在于它們是構(gòu)造高階濾波器的重要組成部分，所以

2、先研究它們的響應(yīng)。回顧二階有源濾波電路的低通、高通響應(yīng)，可以看出它們擁有相同的分母，從而正式分子決定了響應(yīng)的類型。當(dāng)=1，得到低通；當(dāng)=，得到高通。另外，加權(quán)在于H的存在并不改變響應(yīng)類型，他僅僅會(huì)使幅度圖產(chǎn)生上下移動(dòng)，這取決與它的絕對值是大于1還是小于1。類似的考慮對二階響應(yīng)也是成立的。然而，因?yàn)榉帜脯F(xiàn)在的階數(shù)是2，所以除了外還有一個(gè)附加的濾波器參數(shù)。所有的二階函數(shù)都可以表示成如下的標(biāo)準(zhǔn)形式： （2.1）式中是一個(gè)階數(shù)m小于等于2的s多項(xiàng)式；稱作無阻尼自然頻率，單位是rad/s；而是一個(gè)無量綱的參數(shù)，稱為阻尼系數(shù)。這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn)，它們在s平面上的位置是按如下方式受控制的。1) 當(dāng)>1

3、時(shí)，極點(diǎn)為實(shí)數(shù)且為負(fù)值。自然響應(yīng)時(shí)有兩個(gè)衰減的指數(shù)函數(shù)項(xiàng)組成，這就是過阻尼。2) 當(dāng)0<<1時(shí)，極點(diǎn)為一對共軛復(fù)根，可以表示成（2.2）這些極點(diǎn)都位于左半平面，此時(shí)稱為欠阻尼。3） 當(dāng)=0時(shí)，可得，這表明這些極點(diǎn)恰好都位于虛軸上。自然響應(yīng)是一個(gè)恒定不變的未受衰減的正弦函數(shù)，它的頻率是。4） 當(dāng)<0時(shí)，極點(diǎn)位于右半平面，因?yàn)橹械闹笖?shù)位正，這產(chǎn)生了發(fā)散的響應(yīng)。因此濾波器為了保持穩(wěn)定，必須>0令sj可以得到頻率響應(yīng),通過用另一個(gè)無量綱參數(shù)Q可將頻率響應(yīng)表示為：（2.3）（2.4）其中Q為品質(zhì)因數(shù)。四種有源濾波器的幅頻特性曲線：1. 二階有源低通濾波器。低通濾波器是用來通過低頻

4、信號衰減或抑制高頻信號。如圖92（a）所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖92（b）為二階低通濾波器幅頻特性曲線。所有的二階低通函數(shù)都可以表示成，為直流增益，而設(shè)計(jì)電路如下： 其中：Av=1+R3/R4Wc=1/RC低通截止頻率為：FH=1/（2RC）2. 二階有源高通濾波器。 與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號。只要將圖92低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖93(a)所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。電路圖：與低通濾波器分析相同：增益： Av=1+R3/R4截止頻率：FL=1/（2RC）3. 二階帶通濾波器： 這種濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。電路性能參數(shù) 通帶增益 中心頻率 通帶寬度 選擇性 此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬