二阶压控电压源低通滤波器设计与实现

"有源滤波器设计范例" 有源滤波器是一种电子滤波电路，它利用有源元件（如运算放大器）来实现滤波功能，能够提供更精确的频率选择性，并且可以补偿无源滤波器的一些不足，如增益稳定性和带宽可调性。本文档主要探讨了低通滤波器的设计，包括二阶压控电压源低通滤波器的详细设计步骤和参数计算。 设计低通滤波器通常需要考虑三个关键参数：截止频率（[pic]），直流增益（[pic]）以及在截止频率处的电压放大倍数与通带放大倍数的比例（[pic]）。根据这些参数，可以选择不同的电路形式，如压控电压源低通滤波器或无限增益多路反应低通滤波器。 对于二阶压控电压源低通滤波器，其电路结构和工作原理如图1所示。设计中，可以通过调整电阻和电容的值来控制[pic]和[pic]。对于巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔三种滤波器类型，它们在二阶时的[pic]值分别为0.707、1和0.56。在设计过程中，可以使用等值元件KRC电路简化计算，通过戴维宁定理来调整增益。 设计步骤中，首先要确定滤波器的阶数[pic]。根据衰减速率的要求，可以计算出[pic]，并据此选择适当的电路形式。例如，如果要求的衰减速率不低于40dB/10频程，那么[pic]应为2，这对应一个二阶滤波器。接着，需要根据[pic]选取电容C和电阻R的值，确保它们满足截止频率和增益的要求。电容C的选择通常参考表1，而电阻R则根据电容值和截止频率来确定。 在实际应用中，还需要考虑其他因素，如电容扩展系数[pic]，以及运算放大器的选择。例如，选择C1电容时，需要考虑滤波器的性能和稳定性。此外，根据运算放大器的应用技术手册，可能需要计算和选取特定的电阻值，以满足[pic]、[pic]等条件。例如，选取[pic]可以确保一定的带宽，而[pic]则会影响滤波器的增益和相位特性。 在设计示例中，目标是设计一个截止频率为10kHz，直流增益为[pic]，且在[pic]处衰减不低于40dB/10频程的低通滤波器。首先确定[pic]为2，然后根据截止频率选取电容C和电阻R的参考值，最后通过计算和实验调整，确保所有参数在±10%的误差范围内。 总结来说，有源滤波器设计涉及到复杂的电路理论和参数计算，需要综合运用滤波器理论、运算放大器特性以及电路设计技巧。通过理解这些基本概念和步骤，可以为特定应用设计出满足需求的有源滤波器。