【正文】 。濾波電路的主要性能指標有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率 fP 及阻尼系數(shù) Q 等。當 LPF的通帶截止頻率高于 HPF 的通帶截止頻率時，將 LPF 與 HPF 相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而 LPF 與 HPF 并聯(lián)，就構(gòu)成 BEF。 從功能來上有源濾波器分為： 低通濾波器（ LPF）、高通濾波 器（ HPF）、 帶通濾波器（ BPF）、帶阻濾波器（ BEF）、 全通濾波器（ APF）。 [10] 濾波器分為無源濾波器與有源濾波 器兩種： ① 無源濾波器 : 由電感 L、電容 C 及電阻 R 等無源元件組成 ② 有源濾波器 : 一般由集成運放與 RC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，由于集成運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。因此對 RC 有源濾波器優(yōu)化綜合技術(shù)的研究，在信號處理和實時工控等領(lǐng)域，仍有積極的實際意義。 第 四章 濾波電路 一 、濾 波技術(shù)簡介 濾波技術(shù)是通信和工程測試領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，濾波網(wǎng)絡(luò)的理論逼近問題，早在上個世紀的三四十年代就已解決，但濾波器的綜合技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)的實際選擇和調(diào)試的困難，一直沒有長足的發(fā)展。 具體電路如圖所示： 圖 8 50KHz 分頻電路 該圖中由于 D2 接 CD4017 的 Q3，因此實現(xiàn)將 300KHz 3 分頻，為300KHz/3=100KHz 再經(jīng)后級 CD4013 進行 2 分頻，獲得了 100KHz/2=50KHz 的頻率。對于 CD4013，所起的作用是將由 CD4017 分頻后非 50%占空比調(diào)節(jié)為 50%。驗證一下： 300KHz 頻率 30 分頻得 10KHz， 10 分頻 30KHz， 6 分頻 50KHz。 CD4013 引腳圖如下： [6] 圖 7 三 、分頻電路設(shè)計 根據(jù)題意要求，分頻電路實現(xiàn)將 300KHz 方波通過分頻產(chǎn)生 10KHz、 30 KHz和 50 KHz 的新的方波。 fi 的最高工作頻率 fimax 除受到 CMOS 元件 fM的限制外，還受到 D 觸發(fā)器、反饋門翻轉(zhuǎn)延遲和電容 C濾波頻率特性的影響，所以應(yīng)盡可能提高fi的值。 ，各觸發(fā)器的初始狀態(tài)不會影響到分頻的功能。 上面介紹的 N/2 分頻電路僅限于 N≤7 ，當 N≥7 時，可根據(jù)分頻 N 值的大小，相應(yīng)增加二分頻級數(shù)，并恰當引接反饋信號走線， 便可得到 N≥7 的分頻電路。 [6] 圖 6 二、 CD4013介紹 在電子技術(shù)中， N/2(N 為奇數(shù) )分頻電路有著重要的應(yīng)用，對一個特定的輸入頻率，要經(jīng) N/2 分頻后才能得到所需要的輸出，這就要求電路具有 N/2 的非整數(shù)倍的分頻功能。設(shè)置 2 個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。 CD4017 有 3 個輸 入 （ MR、 CP0 和 ~CP1）， MR 為清零端，當在 MR 端上加高電平或正脈沖時其輸出 O0 為高電平，其余輸出端（ O1～ O9）均為低電平。 CD4017 有 10 個輸出端（ O0～ O9）和 1 個進位輸出端～ O59。 根據(jù)設(shè)計的需要，我最終選擇如圖 5所示占空比及頻率可調(diào)振蕩電路，電阻選擇 歐姆電位器，電容使用 1000pF。 [6] (a) 外引線排列圖 (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 GND：接地端 TR ：低觸發(fā)端 OUT：輸出端 R ：復(fù)位端 CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端 圖 4 555 定時器外引線排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 二、振蕩器設(shè)計 選擇采用 NE555 多諧振蕩器。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。 5．應(yīng)用：脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測量與控制、家用電氣與電子玩具等領(lǐng)域。 3．可以提供與 TTL 及 CMOS 數(shù)字電路兼容的接口電平 。 最終總方案流程圖如下： 方 波 震 蕩 電 路數(shù) 字 分 頻 電路1 0 k H z方 波3 0 k H z方 波5 0 k H z方 波濾 波 電 路濾 波 電 路濾 波 電 路1 0 k H z正 弦 波3 0 k H z正 弦 波移 相 電 路5 0 k H z正 弦 波反 相 放 大 電 路反 相 放 大 電 路反 相 放 大 電 路加 法 電 路圖 3 第 二 章 555 定時器設(shè)計 一、 555 芯片介紹 1．可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有 3 個 5kΩ 的電阻分壓器，故稱555。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相位，波形失真較小且幅度基本不變化，但構(gòu)造復(fù)雜。 四種濾波電路方案比較如下 電路復(fù)雜程度 波形失真度 理論可行性 方案一 簡單 失真較大 可行 方案二 簡單 失真較大 可行 方案三 復(fù)雜 失真較小 可行 方案四 一般 失真較小 可行 RC 移相電路構(gòu)造簡單但生成波形會有較大失真。相移。 圖 2 二階全通濾波電路 jwRCjwRCAu ????? 11，012,1|| fftgA ?? ??? ?? ，其中 RCf ?2 10 ? 。 方案三： 利用全通濾波電路來構(gòu)成移相電路，該電路可以在 0180176。 [2] 方案二： 用 RC 構(gòu)成多級移相電路，該電路結(jié)構(gòu)符合相位移位的需求，可以在 0180176。即調(diào)節(jié) R 或 C，可以使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生 090176。 二、移相電路方案論證 方案一： 用 RC 構(gòu)成一級移相電路，該電路優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點是在調(diào)節(jié)相位時，移相角度不大于 90 度，而且波形幅度的幅度發(fā)生變化，特別是移相角度不大于 90度不能滿足實際需要。這樣就可以產(chǎn)生出三種正弦波，在經(jīng)過移相電路將三種波形的相位差調(diào)節(jié)為 0度，在通過運算放大電路使其幅度達到所需的要求，然后再將這三種有明確相位關(guān)系的正弦波通過加法器相加，即可得到所需的方波了。 方案二： 用多個 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生分別 10KHz， 30KHz， 50KHz的方波，然后用低通濾波電路分別把各自的基波提取出來，產(chǎn)生 10KHz， 30KHz，50KHz 正弦波，但是這樣的正弦波相位關(guān)系不確定，不能用于合成方波三角波。 filter。 Fourier series。當然諧波之間要滿足一定相位及幅值比例關(guān)系，所以用同一振蕩器產(chǎn)生信號，再進行分頻及移相等處理。計算機能夠計算出傅里葉級數(shù)的成百上千甚至數(shù)百萬個項。傅里葉級數(shù)將這種波形數(shù)學的定義為相對于時間的位移函數(shù)（通常為振幅、頻率或相位）。在實際生活中，大多數(shù)波形都包含諧波頻率（最小頻率或基波頻率的倍數(shù)）的能量。 x 是一個變量。 假設(shè) {a0, a1, a2, a3, ..., an, ...}和 {b1, b2, b3, ..., bn, ...}是一組無窮的常數(shù)。 本課題的理論基礎(chǔ)是傅里葉級數(shù)。 Ⅳ、主要參考資料： [1]、鄭君里 等《信號與系統(tǒng)》（上） [M].高等教育出版社， 2021. [2]、康華光 .《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分） [M].高等教育出版社 ,2021. [3]、胡漢才 .《單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計》 .清華大學 出版社， 2021. [4]、