-二阶有源低通滤波器设计-

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 f 0=1000比通带内电压放大倍数A o=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，还可能同时米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。本次课程设计米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 >>fO 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-180o ,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：

A VF

1 (3- A VF )S CR (sCR)

令 A 。=A VF

称为通带增益

1

Q ——称为等效品质因数

3 — A VF

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 VF • 0，即A VF :

： 3

时滤波电路才能稳定工

作。

A(s)二

V o (s) V i (s)

RC

称为特征角频率

则 A(s)=

A 。'：

s2

吕L

（2）芯片介绍： 产品型号：LM324N 1.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 3V~30V 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：土 2mV （典型值） •电压输出范围宽：0V ~ Vcc — 1.5V

•共模输入电压范围宽：0V ~ Vcc — 1.5V •封装形式：DIP14

图3 LM324N

管脚图

图2 LM324N 实物图

4 VCC

5 --------- --------------- !0

1.2 (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俞入111(8分频)时，QD端输出8分频脉冲

芯片介绍：

LM324MI

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：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA (LM324A、每圭寸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—五—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乍为输出端，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相目连，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。

(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“ T; 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.