简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性

简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图6所示，幅频特性曲线如图7所示。图6二阶低通电路(LPF)图7二阶低通电路幅频特性曲线（1）通带增益当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为（2）二阶低通有源滤波器传递函数根据图8-2.06可以写出通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数(3)通带截止频率将s换成jω，令ω0＝2πf0=1/(RC)可得当f=fp时，上式分母的模解得截止频率：与理想的二阶波特图相比，在超过f0以后，幅频特性以-40dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。但在通带截止频率fp→f0之间幅频特性下降的还不够快。摘要设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；Multisim10滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA仿真软件Multisim1O对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。1设计分析1．1二阶有源滤波器的典型结构二阶有源滤波器的典型结构如图1所示。其中，Y1～Y5为导纳，考虑到UP=UN，根据KCL可求得式(1)是二阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式，式中，Auf=1+Rf／R6。只要适当选择Yi，1≤i≤5，就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。1．2二阶有源低通滤波器特性分析设Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，将其代入式(1)中，得到压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为式(2)为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中，ωn为特征角频率，Q称为等效品质因数。2二阶有源低通滤波器的设计2．1设计要求设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=100kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。2．2选择运放设计要求的截止频率较高，因此要求运放的频带较宽，选用通频带较宽的运放，本例选用运放3554AM，带宽为19MHz，适合用于波形发生电路、脉冲放大电路等。输出电流，达到100mA，精度高，满足设计要求。