二階有源低通濾波電路的設計與分析

摘要 設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，并利用Multisim10仿真軟件對電路的頻率特性、特征參量等進行了仿真分析，仿真結(jié)果與理論設計一致，為有源濾波器的電路設計提供了EDA手段和依據(jù)。
關鍵詞 二階有源低通濾波器；電路設計自動化；仿真分析；Multisim10

濾波器是一種使用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應用廣泛。濾波一般可分為有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。從濾波器階數(shù)可分為一階和高階，階數(shù)越高，幅頻特性越陡峭。高階濾波器通?？捎梢浑A和二階濾波器級聯(lián)而成。采
用集成運放構成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調(diào)等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯(lián)。本文根據(jù)實際要求設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用EDA仿真軟件Multisim1O對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進行仿真分析、調(diào)試，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設計。

1 設計分析
1．1 二階有源濾波器的典型結(jié)構
二階有源濾波器的典型結(jié)構如圖1所示。其中，Y1～Y5為導納，考慮到UP=UN，根據(jù)KCL可求得



式(1)是二階壓控電壓源濾波器傳遞函數(shù)的一般表達式，式中，Auf=1+Rf／R6。只要適當選擇Yi，1≤i≤5，就可以構成低通、高通、帶通等有源濾波器。
1．2 二階有源低通濾波器特性分析
設Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，將其代入式(1)中，得到壓控電壓源型二階有源低通濾波器的傳遞函數(shù)為


式(2)為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型表達式。其中，ωn為特征角頻率，Q稱為等效品質(zhì)因數(shù)。