濾波器是一種使用信號(hào)通過而同時(shí)抑制無用頻率信號(hào)的電子裝置, 在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動(dòng)控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

濾波一般可分為有源濾波和無源濾波, 有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭, 而無源濾波設(shè)計(jì)簡單易行, 但幅頻特性不如濾波器, 而且體積較大。

從濾波器階數(shù)可分為一階和高階, 階數(shù)越高, 幅頻特性越陡峭。高階濾波器通常可由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)而成。采用集成運(yùn)放構(gòu)成的RC 有源濾波器具有輸入阻抗高,輸出阻抗低, 可提供一定增益, 截止頻率可調(diào)等特點(diǎn) 。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種, 適合作為多級(jí)放大器的級(jí)聯(lián)。

本文根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路, 采用E仿真軟件Mu ltisim10對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進(jìn)行仿真分析、調(diào)試, 從而實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.電路結(jié)構(gòu)

二階有源低通濾波器典型結(jié)構(gòu)如下圖所示：

其中, Y1 ~ Y5 為導(dǎo)納, 考慮到Up = UN , 根據(jù)KCL 可得到如下：

Auf = 1+ RF /R 6。只要適當(dāng)選擇Yi, 就可以構(gòu)成低通、高通、帶通等有源濾波器。設(shè)Y1 = 1 /R 1, Y2 = sC1, Y3 = 0, Y4 = 1 /R 2, Y5 =
sC2, 將其代入式( 1)中, 得到壓控電壓源型二階有源低通濾波器的傳遞函數(shù)為：

這是二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。其中, Xn 為特征角頻率, Q 稱為等效品質(zhì)因數(shù)。

2、設(shè)計(jì)步驟

具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)對濾波器提出的特性要求，選擇適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率ω0及阻尼系數(shù)ξ和通帶增益Kp。根據(jù)需要選擇電容比例系數(shù)m，其計(jì)算公式為：

設(shè)計(jì)步驟：
第一步，根據(jù)濾波器截止頻率，從表1中選擇電容器C1的電容值，由比例系數(shù)m計(jì)算C2的電容值。C2=mC1

第二步，計(jì)算電阻R1、R2

第三步，計(jì)算電阻R3和Rf。

3、設(shè)計(jì)實(shí)例

要求：設(shè)計(jì)一低通濾波器，要求kp＝10，fC＝l000Hz，計(jì)算無源元件的數(shù)值。
解：（1）確定電容值。

由于阻尼系數(shù)一般為

則截止頻率fc與固有頻率f0相等，則
fc=f0=1000Hz

根據(jù)f0由表1選C1＝0.01μF，并取m＝2

C1選0.01μF，C2選0.02μF（可以兩個(gè)0.01μF并聯(lián)）。

（2），計(jì)算電阻R1、R2：

查閱電阻系列表，R1選4.7k?，R2選27k?。

（3）計(jì)算Rf和R3，得

4、電路仿真

電路設(shè)計(jì)完成后，是否 滿足設(shè)計(jì)要求呢，通過Multisim軟件進(jìn)行仿真測試，圖2和圖3為該濾波器的Ｍultisim電路圖和頻率特性測試截圖。

截止頻率fc=1000hz 放大倍數(shù)kp=10倍