rc有源濾波器畢業(yè)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-24 06:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Hz~106Hz,頻率穩(wěn)定度可做到（ 103~10~105） /攝氏度，頻率精度為 +（ 3~5） %，并可用簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)來(lái)得到高階濾波器且調(diào)諧也很方便。 濾波器的設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選定電路形式和確定電路的元器件。濾波器等的技術(shù)指標(biāo)有通帶和阻帶之分，通帶指標(biāo)有通帶的邊界頻率（沒有特殊的 說(shuō)明時(shí)一般為 3dB 截止頻率），通帶傳輸系數(shù)。阻帶指標(biāo)為帶外傳輸系數(shù)的衰減速度（即帶沿的陡變）。下面簡(jiǎn)要介紹設(shè)計(jì)中的考慮原則。 1. 關(guān)于濾波器類型的選擇 一階濾波器電路最簡(jiǎn)單，但帶外傳輸系數(shù)衰減慢，一般在對(duì)帶外衰減性要求不高的場(chǎng)合下選用。無(wú)限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對(duì)參數(shù)變化比較敏感，在這點(diǎn)上它不如壓控電壓源型二階濾波器。當(dāng)要求帶通濾波器的通帶較寬時(shí)，可用低通濾波器和高通濾波器合成，這比單純用帶通濾波器要好 2. 級(jí)數(shù)選擇 濾波器的級(jí)數(shù)主要根據(jù)對(duì)帶外衰減特殊性的要求來(lái)確定。每一階低通或高通電路可獲得 6dB 每倍頻程 （ 20dB 每十倍頻程）的衰減，每二階低通或高通電路可獲得 12dB 每倍頻程（ 40dB 每十倍頻程）的衰減。多級(jí)濾波器串接時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為 mdB每倍頻程（或 mdB 每十倍頻程）時(shí)，則取級(jí)數(shù) n 應(yīng)滿足 n 大于等于 m/6(或 n大于等于 m/20)。 3. 運(yùn)放的要求 在無(wú)特殊要求的情況下，可選用通用型運(yùn)算放大器。為了滿足足夠深的反饋以保證所需濾波特性，運(yùn)放的開環(huán)增應(yīng)在 80dB 以上。對(duì)運(yùn)放頻率特性的要求，由其工作頻率的上限確定，設(shè)工作頻率的上限為 Fh,則運(yùn)放的單位增益 11 寬帶應(yīng)滿足 下式： BWG 大于等于（ 35） AefH，式中為濾波通帶的傳輸系數(shù)。 如果濾波器的輸入信號(hào)較小，例如在 10mV 以下，則選低漂移運(yùn)放。如果濾波器工作于超低頻，以至使 RC 網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過(guò) 100kΩ，則應(yīng)選低漂移高輸入阻抗的運(yùn)放。 4. 元器件的選擇 一般設(shè)計(jì)濾波器時(shí)都要給定截止頻率 fc (ω c)帶內(nèi)增益 Av，以及品質(zhì)因數(shù) Q（二階低通或高通一般為 ）。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因此有許多個(gè)元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。一般從選定電容 器入手，因?yàn)殡娙輼?biāo)稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配，可根據(jù)工作頻率范圍按照表 初選電容值。 表 濾波器工作頻率與濾波電容取值的對(duì)應(yīng)關(guān)系 f (1~10)Hz （ 10~102） Hz （ 102~103） Hz （ 1~10） KHz （ 10~103） KHz （ 102~103） KHz C (20~10)F （ 10~） uF （ ~） uF （ 104~103） pF （ 103~102） pF （ 102~10） pF 單元電路設(shè)計(jì) . 原理圖設(shè)計(jì) 1. 低通濾波器 圖 低通濾波器電路圖 12 2 高通濾波器 圖 高通濾波器電路圖 3 帶通濾波器 圖 濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù) 由 RC 元件與運(yùn)算放大器組成的濾波器稱為 RC 有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號(hào)，因受運(yùn)算放大器帶寬限制，這類 濾波器僅適用于低頻范圍，根據(jù)頻率范圍可將其分為低通、高通、帶通與帶阻四種濾波器，它們的幅頻特性如下圖所示，具有理想特性的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的，只能用實(shí)際特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動(dòng)響應(yīng)。在不許帶內(nèi)有波動(dòng)時(shí)，用巴特沃斯響應(yīng)較好，如果給定帶內(nèi)所允許的紋波差，則切比雪夫響應(yīng)較好。 13 （ a）二階低通濾波電路 （ b）二階高通濾波電路 （ c）二階帶寬濾波電路 圖 二階 有源 濾波器電路圖 表 二階 RC 濾波 器的傳輸函數(shù)表 已知條件與設(shè)計(jì)步驟 1 已知條件 類型 傳輸函數(shù) 低通 A(s)=Avω c2/(s2+ωcs/Q+ω c2) 高通 A(s)=Avs2/(s2+ωcs/Q+ω c2) 帶通 A(s)=Avω 02s/Q(s2+ωcs/Q+ω c2) 14 已知濾波器的響應(yīng)、濾波器的電路形式、濾波器的類型、濾波器的性能參數(shù)fC,Q,BW 或 AV 。 2 設(shè)計(jì)步驟 （ 1）根據(jù)截止頻率，從表 中選定一個(gè)電容 C的標(biāo)稱值，使其滿足 K=100/fCC (如帶通 K=100/f0C)。 （ ） 注意： K 不能太大，否則會(huì)使電阻的取值較大，從而使引入增加，通常取 1≤ K≤ 10。 （ 2）從設(shè)計(jì)表中查處與 AV對(duì)應(yīng)的電容值及 K=1 時(shí)的電阻值。再將這些阻值乘以參數(shù) K，的電阻的設(shè)計(jì)值。 （ 3）實(shí)驗(yàn)調(diào)整并修改電容、電阻值，測(cè)量濾波器的性能參數(shù)，繪制幅頻特性。 表 電路設(shè)計(jì)表 （ a） 二階低通濾波器設(shè)計(jì)表 性能參數(shù) ω c2=1/(R1R2CC1) Q= Av=1+R4/R3(Av≦ 2時(shí)電路穩(wěn)定 ) 設(shè)計(jì)表 電路元件值 ① AV 1 2 4 6 8 10 R1 R2 R3 開路 R4* 0 C1 C 2C 2C 2C 2C 說(shuō)明 增益容易調(diào)整，輸入阻抗高，輸出阻抗低，運(yùn)放 R110（ R1+R2） , 輸入端到地要有一直流通路，在ω c 處，運(yùn)放的開環(huán)增益至少應(yīng)是濾波器增益的 50倍 ① 阻為參數(shù) K=1 時(shí)的值，單位為 KΩ 15 (a) 二階高通濾波器設(shè)計(jì)表 (c) 二階帶通濾波器設(shè)計(jì)表 性能參數(shù) ω c2=1/(R2C)（ 1/R1+1/R3） Q=ω 0/BW 或 f0/BW(BWω 0) Av=1+R4/R5(Av≦ 2時(shí)電路穩(wěn)定 ) 設(shè)計(jì)表 電路元件值 ① （ Q=4） AV 1 2 4 6 8 10 R1 R2 R3 R4,R5 設(shè)計(jì)表 電路元件值 ① （ Q=5） AV 1 2 4 6 8 10 R1 R2
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