有源低通滤波器Word文档格式.docx
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R1,R2
RTX-0.125W-10kΩ
R3,R6
RTX-0.125W-47kΩ
R4,R5
RTX-0.125W-1kΩ
U1
OP07D
2.2.2OP07D的主要特性
OP07D是一个具有宽输入电压范围0~±
14V，偏移电压为150μV，输入漂移为1.5μV/°
C，噪声为0.25μVp-p，CMRR和PSRR为115dB，电源电压范围±
3V~±
18V，电源电流消耗为1.1mA的通用运算放大器芯片，芯片采用8引脚SOIC_N（R-8）或者8引脚DIP（N-8）封装，引脚端封装形式和内部结构如图2.2.1所示。
图2.2.1OP07D封装形式和内部结构
2.2.3有源低通滤波器电路结构
采用OP07D运算放大器构成的二阶有源低通滤波器电路如图2.2.2（a）所示，由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。
图2.2.2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
（a）二阶有源低通滤波器电路
（b）频率特性
图2.2.2二阶低通滤波器
电路性能参数：
二阶低通滤波器的通带增益
；
截止频率
，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率；
品质因数
，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2.2.4有源低通滤波器制作步骤
1．印制电路板制作
一个参考的二阶有源低通滤波器电路印制电路板（PCB）和元器件布局图如图2.2.3所示。
印制电路板制作过程请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书。
2．元件焊接
按图2.2.3所示，将元器件逐个焊接在印制电路板上，元件引脚要尽量的短。
OP07D采用集成电路插座焊接形式，将插座焊接在印制电路板上，实验时插入芯片。
元件焊接方法与要求请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书有关章节。
注意：
元器件布局图中所有元器件均未采用下标形式。
（a）元器件布局图（b）PCB图
图2.2.3二阶有源低通滤波器电路PCB和元器件布局图
3.电路测试
（1）粗测：
接通±
12V电源。
插座IN0端连接函数信号发生器，令其输出为ui＝1VP-P的正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变化是否具备低通特性，如不具备，应排除电路故障。
（2）在输出波形不失真的条件下，选取适当幅度的正弦输入信号（1VP-P），在维持输入信号幅度不变的情况下，逐点改变输入信号频率。
测量输出电压，记入表2.2.2中，描绘频率特性曲线。
一些实验测量波形如图2.2.4所示。
表2.2.2实验测量结果
输入信号频率f（Hz）
100
150
200
250
300
350
400
500
700
1000
uO（Vp-p）mV
984
1020
1040
1030
872
760
544
296
152
（a）100Hz输出信号波形（b）200Hz输出信号波形
（c）300Hz输出信号波形（d）400Hz输出信号波形
（e）500Hz输出信号波形（d）700Hz输出信号波形
（e）1000Hz输出信号波形
图2.2.4实验测试输出波形
2.2.5实训思考与练习题1：
制作有源高通滤波器
试采用OP07D运算放大器制作一个二阶有源高通滤波器，参考电路和印制电路板图如图2.2.5所示，元器件清单如表2.2.3所列。
（a）二阶有源高通滤波器电路
（b）元器件布局图（c）PCB图
图2.2.5二阶有源高通滤波器
表2.2.3有源高通滤波器电路元器件清单
RTX-0.125W-5.1kΩ
2.2.6实训思考与练习题2：
制作有源带通滤波器
试采用OP07D运算放大器制作一个二阶有源带通滤波器，参考电路和印制电路板图如图2.2.6所示，元器件清单如表2.2.4所列。
（a）二阶有源带通滤波器电路
图2.2.6二阶有源带通滤波器
表2.2.4有源带通滤波器电路元器件
RTX-0.125W-47kΩ
R3
RTX-0.125W-12kΩ
R6
RTX-0.125W-22kΩ
R7
RTX-0.125W-160kΩ
2.2.7实训思考与练习题3：
制作有源带阻滤波器
试采用OP07D运算放大器制作一个二阶有源带阻滤波器，参考电路和印制电路板图如图2.2.7所示，元器件清单如表2.2.5所列。
（a）二阶有源带阻滤波器电路（修改C8为C7）
图2.2.7二阶有源带阻滤波器
表2.2.5有源带阻滤波器电路元器件
C1,C2
C5,C8
瓷片电容器68nF
C5,C7
C6
瓷片电容器136nF
R1
RTX-0.125W-160kΩ
R2
RTX-0.125W-200kΩ
RTX-0.125W-23.5kΩ
R6，R7
2.2.8实训思考与练习题4：
制作有源滤波器实验模板
1.有源滤波器实验模板参考设计
试采用运算放大器制作一个有源滤波器评估板，参考电路和印制电路板图[17]如图2.2.8～图2.2.9所示，元器件清单如表2.2.6所列。
表2.2.6滤波器电源板元器件清单
20.0kΩ,1/8W,1%,0805SMD
C1,C2
1.0μF,16V,10%,X7R,0805SMD,陶瓷电容器
100nF,50V,10%,X7R,0805SMD,陶瓷电容器
JP1
插头,2×
2,0.100"
垂直,镀金
1×
2,跳线，与JP1配套
J1
插头，1×
3,0.100"
R/A,镀锡
J2
插头,1×
R/A,镀锡
P1
插座，1×
R/A,镀锡
P2
插座,1×
TP1–TP5
测试点，表面安装
5
MCP6271，2MHz，PDIP-8（MCP6271-E/P），SOIC-8（MCP6271-E/SN）
8-pinDIP插座，与U1配套
PCB
1.0in×
2.0in
（a）滤波器电源板电原理图
（b）元器件布局图（c）顶层PCB图（d）底层PCB图
图2.2.8滤波器电源板
（a）有源滤波器评估板电原理图
（b）元器件布局图
（c）顶层PCB图（d）底层PCB图
图2.2.9有源滤波器实验模板
表2.2.7有源滤波器实验模板元器件清单
R1
10.0Ω,1/8W,1%,0805SMD
C1
C2,C3
J1,J2
TP1~TP3
测试点，表面安装
3
MCP6271-E/P（PDIP-8），MCP6271-E/SN（SOIC-8）
8-pinDIP,Tin,0.300"
，与U1配套
Z1–Z11
电阻和电容器，见应用电路
0.015”~0.025”通孔,0.057”通孔，与Z1~Z11配套
22
PCB，2.0in×
表2.2.8有源滤波器电路中元件参数
C11,C22,C32
100nF,50V,5%,聚酯薄膜电容器
C31
150nF,50V,5%,聚酯薄膜电容器
C21
390nF,50V,5%,聚酯薄膜电容器
跳线，0Ω,1/8W
10
R21
3.16kΩ,1/4W,1%,金属膜电阻
R31
5.62kΩ,1/4W,1%,金属膜电阻
R22
6.81kΩ,1/4W,1%,金属膜电阻
R11
10.7kΩ,1/4W,1%,金属膜电阻
R32
12.7kΩ,1/4W,1%,金属膜电阻
2.Sallen-Key低通滤波器
Sallen-Key低通滤波器电路结构如图2.2.10所示，电路中RC元件与有源滤波器实验模板的Z1～Z11对应关系如表2.2.5所列。
（a）一阶Sallen-Key低通滤波器（K=1）（b）一阶Sallen-Key低通滤波器（K>
1）
（c）二阶Sallen-Key低通滤波器（K=1）（d）二阶Sallen-Key低通滤波器（K>
图2.2.10Sallen-Key低通滤波器电路结构
表2.2.5电路中RC元件与有源滤波器实验模板的Z1～Z11对应关系
3.Sallen-Key高通滤波器
Sallen-Key高通滤波器电路结构如图2.2.11所示，电路中RC元件与有源滤波器实验模板的Z1～Z11对应关系如表2.2.6所列。
（a）一阶Sallen-Key高通滤波器（K=1）（b）一阶Sallen-Key高通滤波器（K>
（c）二阶Sallen-Key高通滤波器（K=1）（d）二阶Sallen-Key高通滤波器（K>
图2.2.11Sallen-Key高通滤波器电路结构
表2.2.6电路中RC元件与有源滤波器实验模板的Z1～Z11对应关系
4.多重反馈的低通和带通滤波器
多重反馈的低通和带通滤波器电路结构如图2.2.12所示，电路中RC元件与有源滤波器实验模板的Z1～Z11对应关系如表2.2.7所列。
（a）多重反馈的低通滤波器1（b）多重反馈的低通滤波器
（c）多重反馈的带通滤波器
图2.2.12多重反馈的低通和带通滤波器电路结构
5.有源滤波器评估板的级联
采用多个有源滤波器实验模板进行级联，可以构成一些性能良好的多阶滤波器。
一个5阶Bessel低通滤波器电路如图2.2.13所示。
（a）5阶Bessel低通滤波器电原理图
（b）特性图
图2.2.135阶Bessel低通滤波器电路
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