四运放多功能KHN滤波器的设计

现代电路理论设计报告论文题目：用KHN电路实现二阶带通函数学院：研究生学院年级：2013级专业：集成电路工程姓名：学号：指导教师：2013 年 12月 12日摘要提出了一种能同时或能分别实现低通、高通和带通滤波的多功能KHN滤波器，通过调节其电阻比，其电路也能被修改成一个正交振荡器，而且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地，精确地调节。

该电路使用了3个集成运放、2个电容和9个电阻，且使用的元件较少，性价比高，计算机仿真证明它正确有效。

带通滤波器是指能够通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。

在现代电流模式电路中，KHN滤波器已成为滤波器设计的原型。

并已得到了广泛的应用。

鉴于此,笔者对同相型KHN滤波器作了改进，它不仅能实现单输入、三输出的通用滤波，而且也能实现三输入、单输出的通用滤波,并且其电路的极点频率和品质因数能够被独立地和精确地调节，此外，它还能被修改成一个正交振荡器。

该滤波器包含了3个集成运放、2个电容和9个电阻，所使用的元件较少，计算机仿真证明它正确有效。

关键词KHN；二阶带通；滤波器目录摘要 (I)1. 电路原理 (3)2. 数值计算过程 (5)3. 计算机仿真 (6)3.1 高通滤波 (6)3.2 带通滤波 (7)3.3 低通滤波 (7)4. 结论 (9)1. 电路原理二阶滤波器有两个积分器，d 为反馈部分的放大倍数，a 表示前反馈部分的放大倍数。

一般来说，输入信号的拉氏变换用X （s ）表示，输出信号的来时变换依次用YLP(s)、YBP （s ）和YHP(s)表示，可以求得一下传递函数：2210()()()()LP A B L PLP A A B Y S a H H S X S s d s d D s ωωωωωω===++ 210()(/)()()()BP A B P BP A A B Y S a s H Q sH S X S s d s d D s ωωωωω-===++ 22210()()()()HP H HP A A B Y S H s as H S X S s d s d D s ωωω===++其中：22()(/)P p D s s Q s ωω=++ 20p A B d ωωω=1pA d Qωω=KHN 二阶滤波器见图1，给出了由三运放构成的多功能电压模式二阶电路，其中有1个大反馈环和2个小反馈环。

四运放多功能KHN滤波器的设计通用二阶滤波器有两种形式，一种是TT(Tow-Thomas)滤波器，另一种是KHN(Kerwin-Huelsman-Newcomb)滤波器。

与TT 滤波器相比，KHN 滤波器不仅能直接实现低通和带通滤波，还能实现高通滤波，应用广泛，是现代电流模式滤波器设计的基础。

然而KHN 滤波器属于单输入、三输出的通用滤波器，不能实现三输入、单输出通用滤波。

由于电阻比有限，因此其Q 值不能太高。

三个集成运放中，有一个运放的反相端不满足虚地，则对运放提出较高要求。

鉴于KHN 滤波器在现代电流模式电路中的地位，提出了另一种形式的KHN 滤波器，它不仅能实现单输入、三输出的通用滤波，也能实现三输入、单输出通用滤波，电路的极点频率和品质因数能够被独立、精确的调节，电路也能被修饰成一个正交振荡器。

电路包含4 个通用集成运放、2 个电容和11 个电阻，且所有运放的反相输入端均虚地。

1 电路原理图1 给出了由四运放构成的多功能电压模式二阶电路，其中有1 个大反馈环和2 个小反馈环。

设R1=R2=R，C1=C2=C，R5=R6，使用MASON 公式，可得到三环路的增益和为式(3)表明，通过同步调整R1、R2，可实现极点频率的独立调节，而不影响品质因数。

式(4)表明，通过调整R4、R3 的电阻比，可实现品质因数的独立调节，而不影响极点频率，从而实现二者的正交调节。

值得注意的是，通过调整R4／R3，很容易实现高Q 电路，特别是当R4=R 3，Q=∝，这意味着电路变成了一个正弦振荡器，其频率可由R、C 调节。

tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。

仅供参阅！。

滤波器设计步骤：1、确定滤波器阶数n；2、电路实现形式选择，传递函数的确定；3、电路中元器件的选择，包括运算放大器的选择、阻容值设置等，最后形成电路原理图；4、仿真结果（幅频特性图）及优化设计；5、调试注意事项，确定影响滤波器参数实现的关键元件。

每一种电路按照以上步骤完成设计，本周内完成！1、有源低通滤波器f c =50kHz一、最低阶数的选取主要功能参数为： 1) 带内不平坦度α1=0.5dB2) 阻带衰减α2≥40dB ，这里取45dB 3) 增益G=10 4) 通带范围50kHz使用滤波器设计软件，计算得出：若选取巴特沃斯滤波器，最低阶数为n=9；若选取切比雪夫滤波器，得到同样满足要求的切比雪夫滤波器的最低阶数为n=6。

由于高阶滤波器电路复杂，造价较高，所以在同样满足技术指标的情况下，选取滤波器的最低阶数，即n=6。

二、电路实现形式选择及传递函数的确定实现切比雪夫低通滤波器的电路有许多种，这里选择无限增益多端反馈电路（MFB ），见图1。

MFB 滤波器是一种常用的反相增益滤波器，它具有稳定好和输出阻抗低等优点。

图1 二阶MFB 低通滤波电路图2滤波器的级联如图2所示，电路由三个二阶MFB 低通滤波电路串联实现，在图1所示电路中，当f=0时，C 1和C 2均开路，所以M 点的电压为121R RU U M -= M 点的电流方程 C I I I I ++=321MI 2I 3I 1I CV 2V 1N42322111sC U R U R U U R U U MM M M ++-=- (式1)其中 M U R sCU 3121-= (式2)解式1和式2组成的联立方程，得到每个二阶MFB 低通滤波器的传递函数为3221232132112121111R R C C s R R R R R sC R R U U +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=最后得出六阶切比雪夫低通滤波器的传递函数为⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=654326546534532212321321121411111111R R C C s R R R R R sC R R R R C C s R R R R R sC R R U U98652987985781111R R C C s R R R R R sC R R +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-三、电路中元器件的选择使用滤波器设计软件，计算得出每节电路的阻值容值，如图2所示。

单电源运放图集前言前段时间去福州出差，看到TI的《A Single-Supply Op-Amp Circuit Collection》这篇文章，觉得不错，就把它翻译了过来，希望能对大家有点用处。

这篇文章没有介绍过多的理论知识，想要深究的话还得找其他的文章，比如象这里提到过的《Op Amps for Everyone》。

我的E文不好，在这里要感谢《金山词霸》。

^_^水平有限（不是客气，呵呵），如果你发现什么问题请一定指出，先谢谢大家了。

E－mail：wz_carbon@王桢10月29日介绍我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是他们都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。

在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。

1． 1电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC －，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。

这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。

但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。

在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。

绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。

一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。

输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限V om以及最大输出摆幅。

单电源供电的电路（图一中右）运放的电源脚连接到正电源和地。

正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。

将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在V om之内。

滤波器设计中的滤波器设计算法与滤波器优化方法的应用在现代电子技术中，滤波器是一种重要的信号处理工具。

它可以通过选择性地通过或抑制特定频率的信号，用于降低噪声、滤除干扰或改善信号的质量。

滤波器的设计中，设计算法和优化方法起着关键作用。

本文将探讨滤波器设计中常用的设计算法和优化方法及其应用。

一、滤波器设计算法1. IIR滤波器设计算法IIR（Infinite Impulse Response，无限脉冲响应）滤波器是一类常见的滤波器，其设计算法主要包括脉冲响应不变法、双线性变换法和最小均方误差法等。

其中，脉冲响应不变法是将离散时间的脉冲响应函数映射到连续时间的脉冲响应函数，从而得到所需的IIR滤波器。

双线性变换法则通过对模拟滤波器进行双线性变换，将其转换为数字滤波器。

最小均方误差法是一种基于优化理论的设计方法，通过最小化离散时间滤波器输出与期望响应之间的均方误差来得到最佳的滤波器。

2. FIR滤波器设计算法FIR（Finite Impulse Response，有限脉冲响应）滤波器是另一类常用的滤波器，其设计算法主要包括窗函数法、频率抽取法和最小最大法等。

窗函数法是将理想的频率响应曲线与某种特定窗函数相乘，从而获得FIR滤波器的系数。

频率抽取法通过对模拟滤波器进行离散化和截断，得到数字滤波器。

最小最大法则是通过设置频率响应的最小值和最大值的约束条件，得到滤波器的系数，从而满足滤波器设计需求。

二、滤波器优化方法1. 线性相位滤波器优化线性相位滤波器的特点是其相位响应随频率线性变化。

在设计线性相位滤波器时，常常采用频率采样法或约束最小二乘法进行优化。

频率采样法通过均匀采样频率响应，然后使用线性插值或最小二乘法拟合得到满足要求的滤波器。

约束最小二乘法则是在最小二乘法基础上，加入约束条件，例如最小相位约束或平滑约束，从而得到更好的优化结果。

2. 最优滤波器设计最优滤波器设计是指在一定约束条件下，选择一个滤波器性能评价指标并最小化或最大化该指标，从而得到最优的滤波器。

滤波器的设计毕业设计滤波器的设计毕业设计引言：滤波器是电子领域中常用的一种电路元件，它可以对信号进行滤波处理，去除不需要的频率成分，使得信号更加纯净和稳定。

在各种电子设备中，滤波器的设计和优化是非常重要的一环。

本文将探讨滤波器的设计原理、常见的滤波器类型以及滤波器在实际应用中的一些案例。

一、滤波器的设计原理滤波器的设计原理基于信号的频域分析和滤波特性。

信号可以分解为不同频率的成分，而滤波器的作用就是选择性地通过或阻断特定频率范围内的信号。

滤波器的设计需要考虑到滤波器的频率响应、幅频特性、相频特性等多个因素。

二、常见的滤波器类型1. 低通滤波器：低通滤波器可以通过滤除高频信号，只保留低频信号。

在音频设备中，低通滤波器常用于去除噪音和杂音，提高音质。

在无线通信中，低通滤波器可以用于滤除高频干扰信号，保证通信质量。

2. 高通滤波器：与低通滤波器相反，高通滤波器可以通过滤除低频信号，只保留高频信号。

在音频设备中，高通滤波器常用于增强音乐的高频部分，提高音质。

在图像处理中，高通滤波器可以用于边缘检测和图像锐化。

3. 带通滤波器：带通滤波器可以选择性地通过一定范围内的频率信号，滤除其他频率范围的信号。

在无线通信中，带通滤波器可以用于选择性地接收特定频率范围的信号，提高通信效果。

4. 带阻滤波器：带阻滤波器可以选择性地阻断一定范围内的频率信号，保留其他频率范围的信号。

在音频设备中，带阻滤波器可以用于去除特定频率的噪音信号。

三、滤波器在实际应用中的案例1. 音频设备中的滤波器设计：在音频设备中，滤波器的设计对于音质的提升至关重要。

通过合理设计低通滤波器和高通滤波器，可以去除杂音和不需要的频率成分，使得音乐更加清晰和纯净。

在音响系统中，带通滤波器的设计可以用于调节音乐的频率范围，使得音乐更加丰富和动感。

2. 通信系统中的滤波器设计：在无线通信系统中，滤波器的设计对于信号的接收和发送至关重要。

通过合理设计带通滤波器和带阻滤波器，可以选择性地接收或阻断特定频率范围的信号，提高通信质量和抗干扰能力。

运放的使用及滤波器设计运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种非常常见的电子元器件，常用于放大电压信号和作为各种信号处理电路的基础建设模块。

在本文中，我们将介绍运放的使用和滤波器设计。

一、运放的基本原理及使用1.运放的基本原理2.运放的引脚及使用方法一个典型的运放有八个引脚，包括非反相输入端（+）、反相输入端（-）、输出端、电源正极、电源负极等。

根据需要，我们可以将信号输入到非反相输入端或反相输入端，然后通过输出端输出放大后的信号。

通常，我们需要给运放提供两个电源电压，一个是正极供电，一个是负极供电。

正常工作时，两个电源电压的差值应该在一定范围内，如±5V。

3.运放的使用运放常用于放大电压信号或作为信号处理电路的关键组件。

它可以用于音频放大器、滤波器、信号源和控制系统等各种应用。

滤波器是一种能够选择性地通过或抑制特定频率组成的信号的电路。

根据其特性，滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

1.低通滤波器低通滤波器（Low-Pass Filter）可以通过低频信号而阻止高频信号。

在低通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。

常见的低通滤波器电路有RC低通滤波器和RLC低通滤波器等。

2.高通滤波器高通滤波器（High-Pass Filter）可以通过高频信号而阻止低频信号。

在高通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。

常见的高通滤波器电路有RC高通滤波器和RLC高通滤波器等。

3.带通滤波器带通滤波器（Band-Pass Filter）可以通过一段特定频率范围的信号而阻止其他频率的信号。

在带通滤波器中，希望通过的信号频率范围被称为通带。

常见的带通滤波器电路有LC带通滤波器和RLC带通滤波器等。

4.带阻滤波器带阻滤波器（Band-Stop Filter）可以通过除一段特定频率范围的信号而传输其他频率的信号。

在带阻滤波器中，希望阻止的信号频率范围被称为阻带。

怎样设计一个有效的滤波器滤波器是信号处理领域的重要工具，用于去除信号中的不需要的频率成分，保留感兴趣的频率内容。

设计一个有效的滤波器需要考虑信号特性、滤波器类型、滤波器参数等多个因素。

本文将介绍几种常见的滤波器设计方法，并提供设计滤波器的步骤和技巧。

一、引言滤波器在电子、通信、音频等领域有广泛的应用。

有效的滤波器设计可以提高系统性能，满足信号处理需求。

本文将介绍如何设计一个有效的滤波器。

二、滤波器设计方法1. 滤波器类型首先确定所需滤波器的类型。

常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

根据信号的频率成分和需求选择合适的滤波器类型。

2. 过渡带宽和截止频率确定滤波器的过渡带宽和截止频率。

过渡带宽是指滤波器从通频带到截止频率的频率范围。

截止频率是指滤波器开始衰减的频率。

3. 滤波器阶数滤波器的阶数决定了滤波器的陡峭程度和频率响应特性。

一般来说，阶数越高，滤波器的性能越好，但设计和实现的复杂度也会增加。

4. 滤波器参数选择选择滤波器的参数，包括通带增益、衰减因子和相位响应等。

根据具体的应用需求确定参数的取值范围。

三、滤波器设计步骤1. 确定滤波器类型和需求：根据信号处理需求和信号特性选择合适的滤波器类型，并确定截止频率和过渡带宽。

2. 设计原型滤波器：根据滤波器类型和参数，设计原型滤波器，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等。

3. 频率变换：通过频率变换将原型滤波器转换为所需滤波器。

常见的频率变换方法有高通到低通变换、低通到高通变换等。

4. 阶数选择和参数调整：根据设计要求和性能需求选择合适的滤波器阶数，并对滤波器参数进行调整，以满足设计需求。

5. 实现和验证：利用设计的滤波器参数，实现滤波器设计，并进行验证和测试，确保设计满足要求。

四、滤波器设计技巧1. 灵活应用不同滤波器类型：根据实际需求，选择最适合的滤波器类型，如巴特沃斯滤波器适用于平滑频率响应，切比雪夫滤波器适用于快速衰减等。