【正文】 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。近年來雖然有開關(guān)電容式專用集成濾波芯片問世，但價格不菲，電路噪聲也不盡人意。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。所謂優(yōu)化綜合，指的是實現(xiàn)電路較簡潔；或是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)易確定，調(diào)試方便；或是濾波器有確定的截止頻率解析式，有較好的精度。 [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。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。 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）。 其中前四種濾波器間互有聯(lián)系， LPF與 HPF 間互為對偶關(guān)系。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。在實用電子電路中，還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路。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。 [12] 工作原理： 二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路 , 也是高階 慮波 器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓 源 型、無限增益多路反 饋 型和雙二次型。 二階濾波，是實現(xiàn)高階濾波網(wǎng)絡(luò)的積木塊。 Butterworth 濾波網(wǎng)絡(luò)，又稱 “ 最平坦幅頻特性 ” 濾波網(wǎng)絡(luò)。式 (1)是二階 Butterworth 歸一化濾波網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)： 式中 ζ —— 系統(tǒng)阻尼系數(shù) ω 0—— 系統(tǒng)固有角頻率 當 時，稱為最佳阻尼系數(shù)，此時系統(tǒng)的幅頻特性也最為平坦。顯然，二階 Butterworth 傳遞函數(shù)是取得最佳阻尼系數(shù)的傳遞函數(shù) 。 可求得其傳遞函數(shù)為： 電路阻尼系數(shù)： 電路阻尼系數(shù)是一個重要的參數(shù)，傳遞函數(shù)的兩個極點均由阻尼系數(shù) ζ 所表征，它對系統(tǒng)在整個頻域內(nèi)能否穩(wěn)定工作起著決定性的作用。阻尼系數(shù) ζ 越小，在 s 平面內(nèi)越靠近虛軸，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。因此我們的任務(wù)是既要使阻尼系數(shù)取得 的最佳值，又要使阻容參數(shù)選擇和調(diào)試方便，同時還要保證截止頻率 f0有較規(guī)范的解析式。 [13] RC 有源濾波器的共同特點是電路簡潔，有簡潔明了的頻率解析式，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)試方便，且有較好的精度，同時均通過實驗驗證，性能穩(wěn)定，電路噪聲小，已在多種場合得以應(yīng)用 。 [14] 二、 NE5532芯片介紹 NE5532 芯片構(gòu)成濾波電路。 NE5532 功能特點簡介 : NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A 是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器。 相比較大多數(shù)標準運算放大器，如 1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力和相當高的小信號和電源帶寬。這使該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建議使用 5532A 版，因為它能保證噪聲電壓指標。 [14] NE5532 特點： ?小信號帶寬： 10MHZ ?輸出驅(qū)動能力： 600Ω ， 10V 有效值 ?輸入噪聲電壓： 5nV/√Hz( 典型值 ) ?直流 電壓增 益： 50000 ?交流電壓增益： 220010KHZ ?功率帶寬： 140KHZ ?轉(zhuǎn)換速率： 9V/μs ?大的電源電壓范圍： 177。3V 177。20V ?單位增益補償 NE5532 引腳圖： 圖 9 NE5532 8 腳引腳 NE5532 內(nèi)部原理圖 : 圖 10 5532內(nèi)部電路圖 三、濾波電路設(shè)計 為了便于計算，我電容都使用 1000pF。對于 10KHz 分量，電阻使用 10K 歐姆。 具體電路如下圖： 圖 11 它 由兩節(jié) RC 濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率 f＞＞ f0時（ f0 為截止頻率），電路的每級 RC 電路的相移趨于 90186。，兩級 RC 電路的移相到 180186。，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容c 引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性 高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。 [16] 傳輸函數(shù)為： )( )()( io sV sVsA ? 2F F )()(31 sCRsCRA AV V ??? 令 F0 VAA? 稱為通帶增益 F31VAQ ??稱為等效品質(zhì)因數(shù) RC1c ?? 稱為特征角頻率 則 2cn22c0)(??????sQsAsA 上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達式 注 ： 時，即當 3 03 FF ??? VV AA 濾波電路才能穩(wěn)定工作。 對于 50KHz 和 30KHz 的分析計算方法相同，不再細述。 第 五章 移相電路 一、移相技術(shù)簡介 線性時不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號激勵下，其響應(yīng)電壓、電流是與激勵信號同頻率的正弦量，響應(yīng)與頻率的關(guān)系，即為頻率特性。它可用相量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來表示。在電氣工程與電子工程中，往往需要在某確定頻率正弦激勵信號作用下，獲得有一定幅值、輸出電壓相對于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)（輸出）信號。這可通過調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)來實現(xiàn)，通 常是采用 RC 移相網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的 最簡單的模擬電路移相是 RC 移相和 LC移相，我們一般采用 RC移相電路。 圖 12 用相量圖表示了簡單串聯(lián)電路中電阻和電容兩端的電壓 UR、 UC和輸入電壓 U的關(guān)系，值得注意的是：相量法的適用范圍是正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，并且在 R、 C的值都已固定的情況下，由于 Xc 的值是頻率的函數(shù)，因此，同一電路對于不同頻率正弦信號的相量圖表示并不相同。在這里，同樣的移相電路對不同頻率信號的移相角度是不會相同的，設(shè)計中一定要針對特定的頻率進行。 [18] 我們一般將 RC 與運放聯(lián)系起來組成有源的移相電路，圖 13是個典型的可調(diào)移相電路，它實際上就是圖 1 中兩個移相電路的選擇疊加：在圖 12 兩個移相電路之后各自增加了一個跟隨器，然后用一個電位器和一個加法器進行選擇相加。 CCui u oRRu i u oφU RU CUI圖 12 簡單的 RC移相 圖 13 典型的有源 RC移相電路 u iR wR 3 FR 31u oIC 3CRIC 1CRIC 2u 1u 2u 3 如果用相量法來表示輸出量和輸入量的關(guān)系，我們可以得到圖 2電路的兩個方程： ? ?? ? 2222222222211111CRRCjCRUUjHCRRCjUUjHii??????????????????? 這里我們可以將以上方程稱為用相量形式表示的傳遞函數(shù)或傳遞方程。 以上兩個傳遞方程實際上就是圖 1兩個電路的傳遞方程，它們表示出了輸出信 號和輸入信號之間的關(guān)系，從相位來看，如果把輸入信號看成