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二阶低通滤波器部分1、设计任务信号放大后,需要进行滤波,滤除干扰,温度信号是一个缓慢变化的信号,在此需要设计出一个截止频率为10Hz左右的低通放大器。因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好,故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器,OP07运放特点:OP07具有非常低的输入失调电压,所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施,具有低温度漂移特性。另外,需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度,要求品质因数Q=0.707.2、电路元件参数计算和电路设计:根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计,如图3.1所示。图3.1二阶低通滤波器的基础电路该电路(1)、传输函数为:)()()(iosVsVsA2FF)()-(31sCRsCRAAVV(2)、通带增益:F0VAA(3)、截止频率:RCfc21其中RC1c称为特征角频率(4)品质因数:OAQ31,Q是f=fc时放大倍数与通带内放大倍数之比注:时,即当303FFVVAA滤波电路才能稳定工作。由OAQ31=0.707得放大倍数586.1OVFAA一般来说,滤波器中电容容量要小于F,电阻器的阻值至少要k级。由RCfc21=10Hz,取C=0.5F,计算得R31.8k又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称,可得:RRRAVF2//)1(11求得:kR1.1721电路仿真与分析:(1)采用EDA仿真软件multisim13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试,从而对电路进行优化。Multisim仿真电路图如图3.2所示图3.2二阶低通滤波器仿真电路图(2)通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求:设输入电压有效值为1V当f=1Hz时,输出如图3.3所示。图3.3由图可知,在通带内有增益585.1VFOAA,与理论值1.586相近当Hzffc10时,输出如图3.4所示。图3.4由图可知,当输入信号频率为滤波器截止频率即Hzffc10时,7.0585.1108.1VFVFcAA(其中VFcA表示截止频率时的电压增益)与理论值0.707相近,故设计符合要求。(2)、为了进一步验证设计是否符合实验要求,利用multisim中的波特测试仪测试所设计低通滤波器的幅频特性,如图3.5、图3.6所示。(结果见左下角)图3.5频率为591.875mHz时结果图图3.6频率为10.069Hz时结果图由以上两图知:在通带内幅值,理论上为20*LgfA=20*Lg1.586=4.006dB,实际为4.004dB;在Hzf10时,理论幅值为20*Lg(1.586*0.707)=0.99dB与实际相近,可看似相等。由以上分析可知:该二阶低通滤波器完全符合实验要求。
本文标题:简单二阶低通滤波器设计与仿真
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