截止频率可调的高通滤波器设计

截止频率可调的高通滤波器设计冯玉涵;李雯瑞【摘要】主要介绍了采用电压控制增益放大器AD603设计的截止频率可调且增益可控的高通滤波器。设计采用纯硬件制作，增益控制部分采用电位器调节AD603的控制电压达到控制增益目的，同时通过调节变容二级管电压的方法使滤波电路电容变化来控制滤波器截止频率。%Inthispaper,byusingthevoltage-controlledgainamplifierAD603,high-passfilterwithtunablecut-offfrequencywasdesigned.Inthisdesign,purehardwarewasused,andingaincontrol,voltageamplifierAD603couldcontrolvoltagetoregulatethegaincontrol,andatthesametime,regulationofvoltageofvaractordiodecouldchangethefiltercircuitcapacitanceinordertocontrolfiltercutofffrequency.【期刊名称】《农业网络信息》【年(卷)，期】2012(000)003【总页数】3页(P42-44)【关键词】截止频率可调;高通滤波器;AD603【作者】冯玉涵;李雯瑞【作者单位】信阳农业高等专科学校，河南信阳464000;信阳农业高等专科学校，河南信阳464000【正文语种】中文【中图分类】TP3151引言模拟信号处理中，经常需要用滤波电路滤除噪声和一些无用信号。滤波器的主要技术指标是截止频率，只能让频率高于其截止频率的信号通过的滤波器称为高通滤波器。目前，有些应用环境如水声信号处理、音频信号处理等领域还要求滤波器的截止频率可调，同时，截止频率可调的高通滤波器在工业控制中应用的非常广泛，其特点是结构简单、运行可靠、控制方便。在电视机、收音机、录像机等电器产品中已经成为了非常重要的元件。本设计利用变容二极管的性能采取改变滤波电路电容的方法改变电路截止频率，设计简单灵活，性能稳定。1.1系统概述电路以AD603为增益控制核心，调节电位器使其控制电压变化从而使增益变化；以利用变容二极管设计的电容变化电路为频率控制核心，调节电位器使该电路电容变化，从而调节滤波器截止频率。在使用中表现为两个电位器分别控制增益和调节截止频率。本设计主要研究用可变电容控制电路电容大小，以达到控制截止频率目的，是否能够精确控制以及电路工作时的稳定性，是本设计的关键。1.2主要技术参数增益：40dB-60dB,10dB步进可调，2fc处放大器与滤波器总电压增益不大于30dB;截止频率：10KHZ~20KHZ,1KHZ步进可调；允许增益误差：＜10%；允许电压误差：＜10%。2总体设计本设计分五部分，设计框图如图1所示。3硬件设计3.1输入缓冲部分输入缓冲电路的主要功能是提高电路的输入阻抗，由于AD603的输入电阻只有100，要满足输入电阻大于2.4K的要求，所以必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗。方案：利用电压反馈型运放OPA642做输入缓冲电路［1］输入部分先用电阻分压衰减，再由低噪声高速运放OPA642放大，整体上还是一个跟随器，二极管可以保护输入到OPA642的电压峰峰值不超过其极限(2V)。其输入阻抗大于2.4K。OPA642的增益带宽积为400MHz，这里放大3.4倍，100MHz以上的信号被衰减。电路图如图2所示。3.2增益控制及放大部分该部分运用增益可调放大器AD603设计，通过电位器改变AD603的控制电压，以达到控制电路放大倍数的目的。放大及增益控制电路设计：增益控制部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种，通频带为90MHZ，增益为-10-+30dB，输入控制电压U的范围为-0.5-+0.5V。增益和控制电压的关系为：AG(dB)=40xU+10,—级的控制范围只有40dB,使用两级串联，增益为AG(dB)=40xU1+40xU2+20,增益范围是-20~+60dB，这里选择两级级联［2］。由于两级放大电路幅频响应曲线相同，所以当两级AD603串联后，带宽会有所下降，串联前各级带宽为90MHZ左右，两级放大电路串联后总的3dB带宽对应着单级放大电路1.5dB带宽，根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHZ。3.3滤波及截止频率调节3.3.1由变容二极管组成的电容可调电路该电路图根据变容二极管的特性，利用电位器改变R上的电压，使二极管电压V1改变，从而改变变容二极管电阻，使整个电路电容得到改变。设计中在直流电源附近加上接地电容以避免交流信号对电源的冲击［5］，见图3。3.3.2截止频率调节由于一阶电路的过渡带较宽，幅频特性的最大衰减斜率仅为-20dB/十倍频。增加RC环节，可加大衰减斜率，所以这里使用二阶电路。为了使负载不影响滤波特性，在无源滤波电路和负载之间加一个高输入电阻低输出的隔离电路。这里使用集成运放AD603做隔离电路。该部分电路图见图4。电路分析［3］：该部分电容C=C15+C16//Cd；其中R=10K；3.4抗干扰措施系统总的增益为0~40dB，前级缓冲和增益控制部分增益最大可达60dB，因此抗干扰措施必须要做得很好才能避免自激和减少噪声。可采用下述方法减少干扰和避免自激［4］：（1） 将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒内，避免级间干扰和高频自激。（2） 电源隔离，各级供电采用电感隔离，输入级和滤波输出级采用隔离供电，各部分电源通过电感隔离，输入级电源靠近屏蔽盒就近接上1000Uf电解电容，盒内接高频瓷片电容，通过这种方法可避免低频自激［5］。（3） 所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降。构建闭路环。在输入级，将整个运放用较粗的地线包围，可吸收高频信号减少噪声。在增益控制部分和后级滤波部分也都采用了此方法［6］。实践证明，电路的抗干扰措施比较好，在1KHZ-20MHZ的通频带范围和0-80dB增益范围内都没有自激。4结论经过不断调试与检测，电路在误差允许的范围内基本实现了增益40dB，10dB步进可调，截止频率10KHZ-20KHZ可调的功能。参考文献［1］ 杨素行.模拟电子基础简明教程［M］.北京:高等教育出版社,1998,272-275.［2］ 陈大钦.电子技术基础实验［M］.北京:高等教育出版社,2000,134-151.［3］ 熊耀辉.高频电子线路［M］.北京:高等教育出版社,1998,133-180.［4］ 余家春.