《压控电压源型滤波电路设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压控电压源型滤波电路设计.doc（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、压控电压源型滤波电路设计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
2、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11 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，Y1Y5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+RfR6。只要适当选择Yi，1i5，就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。12 二阶有源低通滤波器特性分析设Y1=1R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1R2，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
3、波器传递函数的典型表达式。其中，n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21 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=100 kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。22 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19 MHz，适合用于波形发生电路、脉冲放大电路等。输出电流，达到100 mA，精度高，满足设计要求。23 电路设计为设计方便选取R1=R2=R，C1=C2=C，则通带截止频率为可首先选定电容C=1 000 pF，计算得R159 k，选R=16
4、 k。等效品质因数，则RF=R6。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，应使R6/RF=2R=3.2k，则R6=RF=6.4 k，选R6=RF=62 k。24 理论计算根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。式（2）中，令s=j，得到二阶低通滤波电路的频率特性为通带截止频率fo与3 dB截止频率fc计算如下实际设计的二阶有源低通滤波电路，如图2所示。3 MulTIsim分析31 用虚拟示波器观察输入输出波形MulTIsim环境下，创建如图3所示的二阶有源低通滤波器的仿真电路，启动仿真按钮，用虚拟示波器测得的输入输出波形，如图4所示。可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输
5、入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。从图4中可以看出，当输入信号的频率较大（例如200 kHz）时，输出信号的幅值明显小于输入信号的幅值，而低频情况下的电压放大倍数Auf=2。显然，当输入信号的频率较大时，电路的放大作用已不理想。调节输入信号V3的频率，使之分别为126 kHz，100 kHz，2 kHz。由虚拟示波器得到，当输入信号的频率为2 kHz时，输入输出信号同频同相，且输入信号的幅值约为1 V，输出信号的幅值约为2 V，即Auf=2，与理论计算相吻合。而输入信号的频率为100 kHz时，Auf2。当输入信号的频率为126 kHz时，输入信号的幅值约为998 mV
6、，输出信号的幅值约为1369 V，此时，说明3 dB截止频率fc接近126 kHz。也可以用瞬态分析法观察输入输出波形。32 测试幅相特性等特征参量321 用波特图示仪测试频率特性在图3所示的电路中，可以用波特图示仪观察电路的幅相特性。从仿真得到的幅频特性曲线中可以看到，通带的对数坐标为602 dB，对应的电压放大倍数Auf=2，且输入输出同频同相。对数坐标减去3 dB即是对应的3 dB截止频率，移动读数指针可看出3 dB截止频率约在126 kHz附近，与理论计算很接近。322 用交流分析法测试频率特性另外，还可启用交流分析法测试电路的幅相特性。选择SimulateAnalysesAC Ana
7、lysis命令。在出现的对话框中进行如下设置：起始频率1Hz，终止频率100MHz，扫描类型选择十进制，纵坐标选dB为刻度，在Output选项卡中输出节点选V（6），单击SimulaTIon，仿真结果如图5所示。测得的通带电压放大倍数、3 dB截止频率也与理论分析相一致。323 用参数扫描分析法测试斯率特性在图3所示电路中，改变电阻R6，RF的值，从而改变Q值，观察频率特性变化。由理论分析结果可知，改变放大倍数，即可改变Q值。利用Multisim的参数扫描分析功能，即可得到不同条件下的频率特性。在主菜单栏中，选择SimulateAnalysesParameterSweep命令，在出现的对话框中
8、进行如下设置：器件类型选择电阻，器件名称选择电阻RF，分别取RF=0 ，6 200 ，ll 780 More Options选项中，扫描类型选AC Analysis，再选择节点V（6）为输出节点，点击Simulate进行仿真，得到RF取3个不同阻值时电路的幅相特性曲线，如图6所示。从图6中可以看出，3条曲线从下至上对应的电阻RF分别为0 ，6200 ，11780 幅频特性纵坐标对应的对数坐标分别-84 dB，288 dB，1289 dB对应的3 dB截止频率约为127 kHz。可见，RF越大，Auf越大，Q越大，幅频特性曲线越尖锐。在同样的设计截止频率下，Q值的不同对实际截止频率有较大的影响。
9、同理可以分析电阻R6对幅频特性的影响。采用类似的方法，还可以分析电容C1，C2，电阻R1，R2对通频带的影响。分析结果如下：C1，C2，R1，R2的变小均会引起电路截止频率的增大和通频带的变宽，而C1，C2，R1，R2的变化对电压增益的影响不大。R6与输出电压幅度成反比，RF与输出电压幅度成正比，但R6，RF的变化不影响电路的频率特性。4 结束语分析结果表明，Multisim中的仿真分析结果与理论计算十分接近。Multisim既是一个非常优秀的电子技术教学工具，又是一个专门用于电子电路设计与仿真的软件。将Multisim应用于电路设计不仅可以简化设计过程、提高设计效率，而且可以优化设计方案、节约设计成本，是现代化设计的趋势。