【文章內(nèi)容簡介】 dB。 ②截止頻率 fc 幅頻特性值等于 所對應的頻率稱為濾波器的截止頻率。以 A0為參考值， 對應于 3dB 點，即相對于 A0 衰減 3dB。若以信號的幅值平方表示信號功率，則所對應的點正好是半功率點。 ③帶寬 B和品質(zhì)因數(shù) Q值 上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，或 3dB 帶寬，單位為 Hz。帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力 —— 頻率分辨力。在電工學中，通常用 Q 代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。在二階振蕩環(huán)節(jié)中， Q值相當于諧振點的幅值增益系數(shù)， Q=1/2ξ（ξ —— 阻尼率）。對于帶通濾波器，通常把中心頻率 f0 和河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 技術指標及參數(shù)介紹 7 帶寬 B 之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q。例如一個中心頻率為 500Hz 的濾波器，若其中 3dB 帶寬為 10Hz，則稱其 Q值為 50。 Q 值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。 ④倍頻程選擇性 ? 在兩截止頻率外側，實際濾波器有一個過渡帶，這個過渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率 fc2與 2fc2之間，或者在下截止頻率 fc1與 fc1/2之間幅頻特性的衰減值， 即頻率變化一個倍頻程時的衰減量 ? ?? ?222lg20 ccfA fAW ?? (221) 或 ? ?222lg20ccfAfAW ???????? (222) 倍頻程衰減量以 dB/oct表示（ octave，倍頻程）。顯然，衰減越快（即 W值越大），濾波器的選擇性越好。對于遠離截止頻率的衰減率也可用 10 倍頻程衰減數(shù)表示之。即［ dB／ 10oct］ 。 ⑤濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)） 濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式 ，它是利用濾波器幅頻特性的 60dB帶寬與 3dB帶寬的比值來衡量濾波器選擇性，記作 ，即 dBdBBB360???? (223) 理想濾波器矩形系數(shù)為 1，常用濾波器矩形系數(shù)為 1～ 5，顯然， 越接近于 1，濾波器的選擇性越好。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 9 3 電路的模塊介紹 有源模擬帶通濾波器是由三部分組成：高通濾波器、低通濾波器、運算 放大器。帶通濾波器是由高通濾波器和低通濾波器串聯(lián)組成。在這里我根據(jù)濾波器的快速設計表隨機選擇了一組參數(shù)設計了高通濾波器和低通濾波器。 高通濾波器的設計 高通濾波器是一種用來傳輸高頻信號，抑制或衰減低頻信號的電路。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越接近理想高通特性。常用的有源二階高通濾波器電路有兩種形式，一種是無限增益多路負反饋有源二階高通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（ VCVS）有源二階高通濾波器電路。在這里主要介紹壓控電壓源型高通濾波器。 電路的設計 具體電路圖設計如下： R11 0 . 2 k O h m _ 1 %R21 2 4 k O h m _ 1 %C12 0 n FC21 0 0 n FC31 0 0 n FU 1 AL M 3 2 4 A J321141V E E 1 2 VV C C1 2 VXBP1IN O U TXSC1A BGTV11 V 1 k H z 0 D e g 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 9 圖 二 階無限增益多路反饋高通濾波器電路 電路 參數(shù)的計算 在設計的過程中我運用的是濾波器的快速算法，在這里我選取截止頻率為fc=100Hz,增益 AV=5，下表 是高通濾波器的快速算法在該條件下所得到的 ,數(shù)據(jù)。 表 3. 1 二階高通濾波器的快速設計表 無限增益多路反饋電路 電 路 的 參 數(shù) 2211CRRC ?? ?Q 1CCAV ?? 元件的選取 FC ? ? FCC ? ?? ?? KR ?? KR 電路的仿真結果 圖 高通濾波器的幅頻響應 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 10 圖 結果分析：根據(jù)圖 和圖 可以求得濾波器的性能參數(shù)為 AV=≈ 5，fc=98Hz≈ 100Hz,說明這種快速算法在誤差允許的情況下是正確的。 低通濾波器的設計 常用的有源二階低通濾波器電路有兩種形式，一種是無限增益多路負反饋有源二階低通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（ VCVS）有源二階低通濾波器電路。在此主要介紹壓控電壓源（ VCVS）有源二階低通濾波器電路。 電路的設計 具體的電路如圖： 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 11 R3 R4R1 R2U 1 AL M 3 2 4 A J321141XBP1IN O U TV E E 5 VV C C5VC21 0 0 n FC31 0 0 n FXSC1A BGTV11 V 1 k H z 0 D e g 圖 壓控電壓源（ VCVS）有源二階低通濾波器電路 電路 參數(shù)的計算 在設計的過程中我運用的是濾波器的快速算法，在這里我選取截止頻率為fc=2KHz,增益 AV=2，下表 是高通濾波器的快速算法在該條件下所得到的數(shù)據(jù)。 表 3. 2 二階低通濾波電路的快速設計表 壓控電壓源電路 性 能 參 數(shù) 1212 1CCRRc ?? ?Q ? ?時電路穩(wěn)定2134 ??? VV ARRA 元件的選取 FCC ? ?? ?? KR ?? KR ?? KR ?? KR 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 12 電路的 仿真結果 圖 圖 結果分析：根據(jù)圖 和圖 可以求得濾波器的性能參數(shù)為 AV=≈ 2，河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 13 fc=2KHz,說明這種快速算法在誤差允許的情況下是正確的。 以上電路的信號從運放的同相輸入端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運放和 R R8組成電壓控制電壓源，因此稱為壓控電壓源 LPF。并且電容 C3原來是接地的，改為接到輸出端，形成集成運算放大器的正反饋。對于這個反饋，左邊的電容 C3使相位超前，右邊的 C4仍使相位滯后。只要參數(shù)選的合適，可使整個電路在 f0附近既帶有正反饋而 又不造成自激振蕩。這樣，就可使濾波器f= f0附近的電壓增益提高，使 f= f0附近的對數(shù)幅頻特性接近理想的水平線。 運算放大器 LM324 LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用 下圖 所示的符號來表示，它有 5 個引河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 電路的模塊介紹 14 出腳，其中 “+”、 “”為兩個信號輸入端， “V+”、 “V”為正、負電源端， “Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo的信號與該 輸入端的 相 位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見圖 。 圖 運算放大器 LM324 的管腳排列圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 方案的設計 15 4 方案的設計 常用的有源二階低通濾波器電路有兩種形式，一種是無限增益多路負反饋（ MFB）有源二階帶通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（ VCVS）有源二階帶通濾波器電路。圖 所示的電路為壓控電壓源電路，其中運放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當于一個電壓源，故稱為電壓 控制電壓源電路，其優(yōu)點是電路性能穩(wěn)定、增益容易調(diào)節(jié)。圖 所示電路為無限增益多路反饋電路，其中運放為反相輸入，輸出端通過 1C 、 2R 形成兩條反饋支路，故稱為 無限增益多路反饋電路。其優(yōu)點是電路有倒相作用，使用的器件較少，但增益調(diào)節(jié)對其想能參數(shù)會有影響，故應用范圍比 VCVS 電路要小。 在該設計中我把兩個方案都做出來，并進行了比較。 方案一：二階壓控電壓源帶通濾波電路 方案一的電路設計 方案一的電路 圖如下圖所示： R1R2R3R4R5U 1 AL M 3 2 4 A J321141C1C2V E E 1 5 VV C C1 5 VX S C 1A BGTX B P 1IN O U TV11 V 5 0 H z 0 D e g 圖 壓控電壓源帶通濾波電路圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 方案的設計 16 方案一的電路計算 比例系數(shù) 451 RRAuf ??? (411) 當 C1=C2=C 時， R1=R4， R2=2R4時，電路的傳遞函數(shù) ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 244431 CsRCsRsA CsRsAsAufufu ????? (412) 令中心頻率 RCf ?2 10 ? ，則電壓放大倍數(shù) ???????? ??????ffffAj