-二阶有源低通滤波器 设计-

1、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题目要求设计二阶有源低通滤波器。要求截止频率 f =1000H ；通带内电压放大倍数 A =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。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滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。滤波器分

2、为无源滤波器与有源滤波器两种： 无源滤波器:由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 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）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、全通滤波器（APF）。其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间

3、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

4、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ffO时（fO 为截止频率），电路的每级RC电路的相移趋于-90，两级RC电路的移相到-180,电路 的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c引到集成运放同相端的反馈是负反 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。其特点是输入阻抗高, 输出阻抗低。传输函数为:川、_ V (s) A( s) = o u( s)iAVF1 + (3- A )sCR + (sCR)2VF令 A二A称为通带增益0VF1Q二称为等效品质

5、因数 3 - AVF =称为特征角频率C RC* /、 A 2则 A( s) =Is 2 + n s + O 2Q c上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式注：当3- A 0，即A 3时滤波电路才能稳定工作。VFVF（2）芯片介绍： 产品型号：LM324N1.概述与特点LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作, 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1.5V15V 内含相位校正回路，外围元件少消耗电流小：Icc=0.6mA

6、 （典型值，RL=）输入失调电压低：2mV （典型值）电压输出范围宽：OV Vcc1.5V共模输入电压范围宽：OV Vcc1.5V封装形式：DIP14图2 LM324N实物图3 124 VCCGND 115 K)图3LM324N管脚图(实训题题目)波形发生器与计数器1.2.1题目要求利用74LS138以及两片74LS195构成模值2-8的程序计数器，如CBA输入111(8分 频)时，QD端输出8分频脉冲芯片介绍：LM324M：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， 电压范围是3.0V-32V或+16V。LM324M的特点：短跑保护输出、真差动输入级、可单电源工作

7、：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功能。图4： LM324M实物图74LS90D：74LS90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。计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，

8、为二进制计数器。计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。若将CP2和QA相连，计数脉冲由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。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。清零、置9功能。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。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 QDQ

9、CQBQA =1001.Voc. in 詁 n 朋訊那 ?.山 in ir m 2n 注 gND图5： 74LS90D管脚图RESET/SETIMPUTSOUTPUTSMRj袖御口勺 1 口2 口3HHLXL L L LHHXLL L L LXXHHH LL HLXLX曲tXLKLconiLXX讪CantKLLXCoult- I：- .iTri- I-.-IL-LQAlagL&v&lX- Dan1! CanaCOUNT-ssh#5 67SDOUTPUTQi 02 出LL1ILLLLHLLIHL1LLHLHLHLLHIILHHHLLLII-HHrJ图6： 74LS90D真值表74HC4511：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f0=1000HZ；通带内电压放 大倍数A0=15，品质因数Q=0.707。Q二亠3_avF=0-7