有源低通滤波器的实现100KHZ讲解Word文档下载推荐.docx
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低通；
放大器；
阶数
Abstract
Lowpassfilterallowslowfrequencysignaltopassthroughandsuppressesthehighfrequencycomponentsofsignals.Idealfiltercircuitshouldhavecertainamplitudefrequencyresponseinthepassbandandlinearphaseshift,anditsamplitudeshouldbezerointhestopband.ActivefilterisonethatiscomposedofRCnetworkandamplifyingcircuit.Itisactuallyakindofspecificfrequencyresponseamplifier.Thehighertheordernumberofthefilter,thefastertheamplitudefrequencyattenuationrate.ButtheRCnetworknodenumberisassociatedwiththecomponentsparametercalculationandthedebuggingofthecircuit.
Keywords:
lowpass;
Amplifier;
Ordernumber
引言1
1原理及设计方案1
1.1滤波器的介绍1
1.2有源滤波器的设计2
1.3方案选择4.
2硬件介绍6
3仿真及结果7.
4测量结果8
5实验心得与体会9
谢辞11
参考文献12
引言
课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、安装、调试、印制电路板等综合于一体的一门课程，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度，培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。
作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好课程设计，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。
1原理及设计方案
1.1滤波器的介绍
滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。
但实际滤波器不能达到理想要求。
为了寻找最佳的近似理想特性，本文主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数
越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。
任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。
对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；
而n为奇数的高阶滤波器可以由（n-1）/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶
滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
1.2有源滤波器的设计
有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n,选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：
（1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n；
（2）选择具体的电路形式；
（3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，
建立起系数的方程组；
（4）解方程组求出电路中元件的具体数值；
（5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。
根据设计要求，我选择巴特沃斯滤波器。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。
选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。
有源2阶低通滤波器电路如图1.1所示，压控电压源二阶滤波器电路的特点是：
运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出
的阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，增
益容易调整。
STq-r
图1.1有源低通滤波器电路图
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-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。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：
Auj）二jAuo、2n，n=1,2,3,…
\©
c丿
c
Avp
jQ
Butterworth的二阶归一化传递函数为：
H（s）=1/（s*s+1.414*s+1）;
它的化归一化传递函数可以表示成两个多项式的比
其中A为通带内的电压放大倍数，■c为截止角频率，Q为品质因
子。
从（2-1）式中可知，当=0时，（2-1）式有最大值1;
=c时，
（2-1）式等于0.707，即A衰减了3dB;
R1R2C1C2
=2%
（2-2）
（2-3）
Av=1+R4/R3
1.3方案选择
下表1-1列出了每一种类型的二阶滤波器的系数，并给出了调节Q值时所用的电阻比率。
表1-1二阶滤波器的系数
二M
贝■宋
3曲切比■夬
1.3617
1.4H2
L0&
5
0.618
1
19305
Q
0-71
1.3
RJRt
0卿
QM
0234
本设计采用的多路反馈结构的巴特沃斯低通滤波器，设计阶数为
四阶，截止频率为100KHZ原理就是两个二阶滤波器的级联。
下图1.2是MFB氐通滤波器的基本原理图
图1.2MFB低通滤波器原理图
电路的传递函数是
R2
—Ri
1CR2R3
R2R32
SCC1C2R2R3S2Ri
其中，各参数由以下计算得
八R2
Ao=—
Ri
ai=«
cci）R2+R3+R；
R3]
-R3一
bi=QiC2R2R3
在给定的Ci和C2之后，就可以求解Ri~R3aiC2-・ai2C22-4biCiC2i-Ao
42fcCiC2
-A
bi
4fcCQ2R2
最后结合滤波器设计软件FilterPro得出100KHZ勺电容电阻值,进而得到所设计的滤波器。
2硬件简介
设计中所用的OPA69是TI公司的一款高速电压反馈运放，具有超高带宽，单位增益稳定500MHZ供电电压+-5V，常应用在视频线驱动器，xDSL线路驱动器/接收器，高速成像通道，ADCS冲器，便携式仪器，阻放大器，有源滤波器。
OPA690引脚图如图2.1，典型滤波电路如图2.2。
NC
O
8
InvertingInput
2
亠
7
NoninvertingInput
3
——'
十丿"
L
6
-va
4
□PACKAGE
SO-8
（TOPVIEW）
NOTE:
NC二notconnected.
DIS
+VS
Output
图2.1OPA690管脚图
图2.2OPA690典型滤波器电路
3仿真及结果
仿真电路图如图3.1
图3.1仿真电路
仿真结果如图3.2。
由图3.2可知截止频率在100KHZ满足设计
要求。
图3.2仿真结果
4测量结果
实测结果如表4-1
表4-1实测结果
KHZ
10
20
30
50
70
90
100
150
180
VPP
1.004
1.000
0.998
0.996
0.994
0.986
0.876
0.708
0.548
0.101
图4.1信号为1VPP,50KHZ的正弦信号通过滤波器在示波器上观察
图4.2信号为1VPP,100KHZ的正弦信号通过滤波器在示波器上观察
ACHIFC
-55*V?
HD*
oVl*0•、。
左I*
图4.3信号为1VPP，180KHZ的正弦信号通过滤波器在示波器上观察
5实验心得与体会
通过这次课设，我学会很了很多东西。
首先，以前从模电书上学到的知识应用在了实际上，特别是滤波器的设计，本次设计的是低通多反馈结构巴特沃斯滤波器，因为是四阶100KHZ所以器件的选择
很重要，之前考虑常用的运放如OP07LM324等这些普通运放，经看数据手册得知要做到100KHZ是根本不能实现的，所以考虑了TI公司的高速运放，由于买到的芯片是贴片的，所以板子布线是用顶层。
第一次由于焊接的原因，导致电路出现状况，电流过大，输出端检测不到信号，之后就烧毁了芯片，第二次做的时候我先焊上芯片然后试着供电看正不正常，之后才焊上其他的元件。
TI的高速运放果然好用,完美的波形，100KHZ勺截止频率，前面几乎无衰减。
在设计过程中，我查看了许多资料和书籍，其中最有用的是《运算放大器权威指南》和滤波器设计软件FilterPro，给了我很大的帮助。
这给我的想法是,理论知识很重要，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败。
所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题.同时还必须有实事求是地分析问题的态度，知道理论与实际是有一些差别的。
谢辞
本次课设能顺利的完成，要多谢一些同学的热心帮助，他们跟我分享了很多自己的经验，看法，对有问题的地方都能及时的指出来。
同时更要多谢专业课老师和指导老师的悉心帮助。
参考文献
[1]岗村迪夫.0P放大电路设计.科学出版社，2007.
[2]BruceCarter.运算放大器权威指南.人民邮电出版社,2009.
[3]森。
荣二.滤波器设计与制作.科学出版社，2008.
[4]康治德.模拟电子技术基础.科学出版社,2009.
图1DXP原理图
图2PCB图
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