-二階有源低通濾波器 設(shè)計(jì)-

1、題目要求與方案論證1.1（設(shè)計(jì)題題目）二階有源低通濾波器題目要求設(shè)計(jì)二階有源低通濾波器。要求截止頻率 f =1000H ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù) A =15，品 質(zhì)因數(shù)Q=0.707。分析電路工作原理，設(shè)計(jì)電路圖，列出電路的傳遞函數(shù)，正確選擇電路 中的參數(shù)。方案論證（1）：對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理時(shí), 常常會(huì)遇到有用信號(hào)疊加上無用噪聲的問題, 這些噪聲 有的是與信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生的, 有的是傳輸過程中混入的。因此, 從接收的信號(hào)中消除或減弱 干擾噪聲, 就成為信號(hào)傳輸與處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號(hào)與噪聲的不同特性 , 消除或減弱噪聲,提取有用信號(hào)的過程稱為濾波, 實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。濾波器分

2、為無源濾波器與有源濾波器兩種： 無源濾波器:由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成 有源濾波器:一般由集成運(yùn)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(diǎn)，同時(shí)，由于 集成運(yùn)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(hào)，衰減無用頻率的信號(hào)，抑制干擾和 噪聲，以達(dá)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(cè)量及 控制技術(shù)中的小信號(hào)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

3、互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止 頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，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(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。 濾波電路的主要性能指標(biāo)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。工作原理：二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)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。本次課程設(shè)計(jì)采用壓控電壓源型設(shè)計(jì)課題。有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示: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(yùn)放輸出到集

4、成運(yùn)放同相輸 入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率ffO時(shí)（fO 為截止頻率），電路的每級(jí)RC電路的相移趨于-90，兩級(jí)RC電路的移相到-180,電路 的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容c引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反 饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)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(hào)通過。其特點(diǎn)是輸入阻抗高, 輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為:川、_ V (s) A( s) = o u( s)iAVF1 + (3- A )sCR + (sCR)2VF令 A二A稱為通帶增益0VF1Q二稱為等效品質(zhì)

5、因數(shù) 3 - AVF =稱為特征角頻率C RC* /、 A 2則 A( s) =Is 2 + n s + O 2Q c上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式注：當(dāng)3- A 0，即A 3時(shí)濾波電路才能穩(wěn)定工作。VFVF（2）芯片介紹： 產(chǎn)品型號(hào)：LM324N1.概述與特點(diǎn)LM324是由四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的電路。它設(shè)計(jì)在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作, 但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動(dòng)化及光、機(jī)、電一體化領(lǐng)域 中有廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V30V，雙電源1.5V15V 內(nèi)含相位校正回路，外圍元件少消耗電流小：Icc=0.6mA

6、 （典型值，RL=）輸入失調(diào)電壓低：2mV （典型值）電壓輸出范圍寬：OV Vcc1.5V共模輸入電壓范圍寬：OV Vcc1.5V封裝形式：DIP14圖2 LM324N實(shí)物圖3 124 VCCGND 115 K)圖3LM324N管腳圖(實(shí)訓(xùn)題題目)波形發(fā)生器與計(jì)數(shù)器1.2.1題目要求利用74LS138以及兩片74LS195構(gòu)成模值2-8的程序計(jì)數(shù)器，如CBA輸入111(8分 頻)時(shí)，QD端輸出8分頻脈沖芯片介紹：LM324M：運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?， 電壓范圍是3.0V-32V或+16V。LM324M的特點(diǎn)：短跑保護(hù)輸出、真差動(dòng)輸入級(jí)、可單電源工作

7、：3V-32V4低偏置 電流：最大100nA (LM324A)、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共?范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。圖4： LM324M實(shí)物圖74LS90D：74LS90是二一五一十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，從000計(jì)到111為例。先接成加法計(jì)數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時(shí)(既Q4為高電平 時(shí))把Q4輸出接到R01和R02腳上(即異步置0),此時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)到1000時(shí)則立刻置0, 從新從0開始計(jì)數(shù)。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個(gè)狀態(tài)跳回到 0000狀態(tài)。計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，

8、為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端， 則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端， 則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。清零、置9功能。異步清零當(dāng)R0 (1)、R0 (2)均為“ 1”； S9 (1)、S9 (2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功 能，即 QDQCQBQA=0000。置9功能當(dāng)S9 (1)、S9 (2)均為“ 1”； R0 (1)、R0 (2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能， 即 QDQ

9、CQBQA =1001.Voc. in 詁 n 朋訊那 ?.山 in ir m 2n 注 gND圖5： 74LS90D管腳圖RESET/SETIMPUTSOUTPUTSMRj袖御口勺 1 口2 口3HHLXL L L LHHXLL L L LXXHHH LL HLXLX曲tXLKLconiLXX訕CantKLLXCoult- I：- .iTri- I-.-IL-LQAlagL&v&lX- Dan1! CanaCOUNT-ssh#5 67SDOUTPUTQi 02 出LL1ILLLLHLLIHL1LLHLHLHLLHIILHHHLLLII-HHrJ圖6： 74LS90D真值表74HC4511：圖7： 74HC4511引腳圖二電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1二階有源低通濾波器我們的設(shè)計(jì)題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內(nèi)電壓放 大倍數(shù)A0=15，品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。Q二亠3_avF=0-7