二阶有源低通滤波器设计

1、一 题目要求与方案论证1.1 （设计题题目）二阶有源低通滤波器1.1.1 题目要求设计二阶有源低通滤波器要求截止频率 fo=1OOOH;通带内电压放大倍数 Ao=15,品 质因数Q=0.707. 分析电路工作原理，设计电路图，列出电路的传递函数，正确选择电路 中的参数 .1.1.2 方案论证（1）：对信号进行分析与处理时 , 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题 , 这些噪 声有的是与信号同时产生的 , 有的是传输过程中混入的 . 因此 , 从接收的信号中消除或减 弱干扰噪声 ,就成为信号传输与处理中十分重要的问题 . 根据有用信号与噪声的不同特性 消除或减弱噪声 , 提取有用信号的过程称为

2、滤波 , 实现滤波功能的系统称为滤波器 . 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：1无源滤波器:由电感 L、电容 C 及电阻 R 等无源元件组成2有源滤波器:一般由集成运放与 RC 网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与 缓冲作用 . 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干 扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、 测量及控制技术中的小信号处理 .从功能来上有源滤波器分为低通滤波器（LPF ) 、高通滤波器（HPF )带通滤波 全通滤波器（ APF）器（B

3、PF ) 、带阻滤波器（BEF )其中前四种滤波器间互有联系，LPF 与 HPF 间互为对偶关系.当 LPF 的通带截止 频率高于 HPF 的通带截止频率时，将 LPF 与 HPF 相串联，就构成了 BPF 而 LPF 与 HPF 并联，就构成 BEF.在实用电子电路中， 还可能同时采用几种不同型式的滤波电 路.滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP 通带截止频率 fP 及阻尼系数 Q 等工作原理：二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路 , 也是高阶虑波器的 基本组成单元 . 常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反 馈型和双二次型 . 本次课程设

4、计采用压控电压源型设计课题 .有源二阶滤波器基础电路如图 1 所示：它由两节 RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f f0 时(fo 为截止频率)，电路的每级RC 电路的相移趋于-90o,两级 RC 电路的移相到-1800，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈 将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过 输入阻抗高，输出阻抗低传输函数为：令 Ao二 A/F称为通带增益c 引到集成运放同

5、相端的反.其特点是AVFA（s）篇1 sCR g1Q称为等效品质因数3 -AVF号 与它设计在较宽的电压范围内单电源工LM324N占八、作，但亦可在双电源条件下工作.本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域中有广泛的 应 用.其 特 点如下：具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3V30V, 双电源 土 1.5V 15V内含相位校正回路，外围元件少消耗电流小:lcc=0.6mA(典型值,RL)输入失调电压低:2mV(典型值）电压输出范围宽：0VVcc 1.5V共模输入电压 范围 宽0VVcc 1.5V封装形式：DIP141.2 （实训题题目）波形发生器与计数器1.2.1 题目要

6、求利用 74LS138 以及两片 74LS195 构成模值 2-8 的程序计数器，如 CBA 俞入 111（8 分 频）时，QD 端输出 8 分频脉冲芯片介绍：LM324IM运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器.可工作在单电源下，图 2LM324N 实物图141323斗II51067图 3 LM324N 管脚图9电压范围是 3.0V-32V 或+16V.LM324M 勺特点：短跑保护输出、真差动输入级、可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大 100nA(LM324A、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共 模范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护

7、功能74LS90D74LS90 是二一五一十进制异步计数器，从 000 计到 111 为例.先接成加法计数状态，在输出为 1000 时(既 Q4 为高电平 时)把Q4 输出接到 R01 和 R02 脚上(即异步置 0),此时当计数到 1000 时则立刻置 0,从新从 0 开始计数.1000 的状态为瞬态.状态转化图中是 0000 到 0111 是有效状态， 1000 是瞬态， 跳转从这个状态跳回到 0000状态.(1)计数脉冲从 CP1 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器(2)计数脉冲从 CP2 输入，QDQLQ 作为输出端，为异步五进制加法计数器(3)若将 CP2 和 QA 相连，计数脉

8、冲由 CP1 输入，QD QC QB QA 作为输出 端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器.(4)若将 CP1 与 QD 相连，计数脉冲由 CP2 输入，QA QD QC QB 作为输出 端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器.(5)清零、置 9 功能.a)异步清零当 R0( 1)、R0(2)均为“ 1”； S9 (1)、S9 (2)中有“ 0”时，实现异步清零功能，即 QDQCQBQA=0000.b)置 9 功能当 S9 (1)、S9 (2)均为“ 1”； R0 (1)、R0 (2)中有 “ 0” 时，实现置 9 功能,即 QDQCQBQA =1001.RESETJSFTINP

9、UTSOUTPUTSMRa踽MS2QQQI也CjrHHLXL L L LHiHXLIL L L LXXHTH L L HLXLXXLXLCounlLXXLXLLXCouniCOUNTOUTPUTQQQiQJ0LLLL1HL-LLHlLLHHLLJ4LLHLT.GOnLHL6LHiHL7HHHLaLLLIH图 4： LM324MS 物图VCC IB U IV U M 3VIK ift it jrHQND图 5： 74LS90D 管脚图图 6： 74LS90D 真值表 74HC45119HLH一1巨曲7L -LCfNVtillageLB图 7: 74HC4511 引脚图二电子线路设计与实现2.1 二阶有源低通滤波器我们的设计题目是二阶有源低通滤波器要求截止频率 fO=1OOOHZ;通带内电压放 大倍数 A0=15,品质因数 Q=0.707.Q = 1_由3AVF=o.7O7 可以求得A/F，所以低通滤波器的通带电压增Ao二=1.586选择 C=82nF 选择标准电阻 R=9.O9KQ, Rf=2.55KQ.要使AO=15,则还须再接一个放大电路，使得一级输出被放大 9.43 倍，则总增益 达到 15左右