-二阶有源低通滤波器设计-
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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.