二阶有源低通滤波器

0 目 录 一 题目要求与方案论证................................................................................. 1 1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器 ............................................................................. 1 1.1.1题目要求 .................................................................................................................. 1 1.1.2 方案论证 ................................................................................................................. 1 1.2（实训题题目）波形发生器与计数器 ............................................................................. 4 1.2.1题目要求 .................................................................................................................. 4 1.2.2方案论证 .................................................................................................................. 4 二 电子线路设计与实现................................................................................. 6 2.1二阶有源低通滤波器 ........................................................................................................ 6 2.2十位二进制加法计数器电路设计 .................................................................................... 7 三 结果与分析 ............................................................................................... 9 3.1二阶有源低通滤波器 ........................................................................................................ 9 3.2二位十进制加法计数器的实现 ...................................................................................... 10 四 总结与体会 ............................................................................................... 12

参考文献......................................................................................................... 13 1

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f0=1000HZ；通带内电压放大倍数A0=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。 2

有源二阶滤波器基础电路如图1所示： 图1 二阶有源低通滤波基础电路 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＞＞f0时（f0 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：

)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV

令 F0VAA 称为通带增益

F31VAQ称为等效品质因数

RC1c 称为特征角频率

则2cn22c0)(sQsAsA 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注： 时，即当 3 03 FFVVAA滤波电路才能稳定工作。 3

（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±1.5V~±15V ●内含相位校正回路, 外围元件少 ●消耗电流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞) ●输入失调电压低:±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2 LM324N实物图

图3 LM324N管脚图 4

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输入111(8分频)时，QD端输出8分频脉冲 1.2.2方案论证

表1.二位十进制加法计数器的状态表 计数脉冲数 二进制数 十进制数 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 6 7 0 1 1 1 7 8 1 0 0 0 8 9 1 0 0 1 9 10 0 0 0 0 进位

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：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是二－五－十进制异步计数器， 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