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固定增益运算放大器简化滤波器设计

来源:analog 发布时间:2023-09-13

摘要: 使用固定增益放大器设计二阶低通和高通萨伦-基巴特沃斯滤波器的简单1-2-3-4方法。

在设计萨伦键滤波器时,使用更少的元件数量、金钱和电路板空间。简化带通滤波器与固定增益放大器。

简单的二阶滤波器满足许多滤波要求。例如,低阶低通滤波器通常足以用于ADC应用中的抗混叠或消除音频应用中的高频噪声。类似地,低阶高通滤波器可以很容易地去除电源噪声。当您设计具有内置增益的此类滤波器时,固定增益运算放大器可以节省空间,成本和时间。图1说明了在构建二阶低通和高通萨伦键滤波器时使用固定增益运算放大器。滤波器“食谱”在设计这些滤波器时是有用的,但是食谱程序对于给定的响应通常会失效,例如巴特沃斯,如果由R(F)和R(G)设置的增益大于1。更重要的是,菜谱上的元件值公式可能会产生不切实际的电容和电阻值。


图1所示 萨伦键滤波器使用固定增益运算放大器实现二阶巴特沃斯响应。

例如,巴特沃斯滤波器提供最平坦的通带。它们还提供了一个快速的初始衰减和合理的超调。你可以很容易地设计这样的过滤器使用下面的公式表:R(2) = 1/(2)πf(C)√)和R(1) = XR(2)

Butterworth-Filter-Design标准
获得低通X高通X
1.251.372
1.521.072
20.50.764
2.250.4040.672
2.50.3430.602
3.0.2680.5
3.50.2220.429
40.1910.377
50.150.305
60.1250.257
70.1070.222
90.0840.176
100.0760.159
110.070.146
13.50.0570.121
160.0490.103
210.0380.08
250.0320.068
260.0310.066
310.0260.056
410.020.043
500.0170.035
510.0170.035
610.0140.029
810.0110.022
One hundred.0.0090.018
1010.0090.018
*在低通情况下,匹配的电容器不可能获得1.25的增益。

对于获得的滤波器响应,使用固定增益运算放大器可以降低成本和元件数量。它也降低了灵敏度,因为内部,工厂修整,精密增益设置电阻提供0.1%的增益精度。要使用固定增益运放设计二阶巴特沃斯低通或高通滤波器,请遵循以下步骤:

  1. 确定拐角频率f(C)。

  2. 为C选择一个值。

  3. 对于期望的增益值,在表中正确的列下找到X。

  4. 用方程计算R(1)和R(2)。


选择C,然后求解R(1)和R(2),可以通过选择尽可能接近计算值的分量值来优化滤波器响应。对于大多数转角频率和增益,C可以低于1000pF。固定增益运放为每个增益版本提供最佳补偿,并为在高频和高增益下工作的系统提供卓越的增益带宽产品。例如,假设您必须设计一个角频率为24kHz、增益为10的低通滤波器。步骤1完成(f(C) = 24kHz)。接下来,通过为C选择一个值来完成步骤2,例如,470pF。在表中,请注意增益为10的低通滤波器的X = 0.076。将这些值代入方程:

R(2) = 1/(2πf(C)√)= 1/(2π×24千赫×470 pf×√)= 51 k欧姆,和R (1) = XR(2) = 0.076×51 k欧姆= 3.9 k欧姆。


图2 使用文中的电路值,对图1a中的电路进行模拟,产生巴特沃斯响应。

这篇文章的类似版本出现在2000年7月6日的经济日报。



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