截止頻率可調(diào)的高通濾波器設(shè)計(jì)

截止頻率可調(diào)的高通濾波器設(shè)計(jì)馮玉涵;李雯瑞【摘要】主要介紹了采用電壓控制增益放大器AD603設(shè)計(jì)的截止頻率可調(diào)且增益可控的高通濾波器。設(shè)計(jì)采用純硬件制作，增益控制部分采用電位器調(diào)節(jié)AD603的控制電壓達(dá)到控制增益目的，同時(shí)通過調(diào)節(jié)變?nèi)荻?jí)管電壓的方法使濾波電路電容變化來控制濾波器截止頻率。%Inthispaper,byusingthevoltage-controlledgainamplifierAD603,high-passfilterwithtunablecut-offfrequencywasdesigned.Inthisdesign,purehardwarewasused,andingaincontrol,voltageamplifierAD603couldcontrolvoltagetoregulatethegaincontrol,andatthesametime,regulationofvoltageofvaractordiodecouldchangethefiltercircuitcapacitanceinordertocontrolfiltercutofffrequency.【期刊名稱】《農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息》【年(卷)，期】2012(000)003【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P42-44)【關(guān)鍵詞】截止頻率可調(diào);高通濾波器;AD603【作者】馮玉涵;李雯瑞【作者單位】信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校，河南信陽(yáng)464000;信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校，河南信陽(yáng)464000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TP3151引言模擬信號(hào)處理中，經(jīng)常需要用濾波電路濾除噪聲和一些無用信號(hào)。濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)是截止頻率，只能讓頻率高于其截止頻率的信號(hào)通過的濾波器稱為高通濾波器。目前，有些應(yīng)用環(huán)境如水聲信號(hào)處理、音頻信號(hào)處理等領(lǐng)域還要求濾波器的截止頻率可調(diào)，同時(shí)，截止頻率可調(diào)的高通濾波器在工業(yè)控制中應(yīng)用的非常廣泛，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便。在電視機(jī)、收音機(jī)、錄像機(jī)等電器產(chǎn)品中已經(jīng)成為了非常重要的元件。本設(shè)計(jì)利用變?nèi)荻O管的性能采取改變?yōu)V波電路電容的方法改變電路截止頻率，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，性能穩(wěn)定。1.1系統(tǒng)概述電路以AD603為增益控制核心，調(diào)節(jié)電位器使其控制電壓變化從而使增益變化；以利用變?nèi)荻O管設(shè)計(jì)的電容變化電路為頻率控制核心，調(diào)節(jié)電位器使該電路電容變化，從而調(diào)節(jié)濾波器截止頻率。在使用中表現(xiàn)為兩個(gè)電位器分別控制增益和調(diào)節(jié)截止頻率。本設(shè)計(jì)主要研究用可變電容控制電路電容大小，以達(dá)到控制截止頻率目的，是否能夠精確控制以及電路工作時(shí)的穩(wěn)定性，是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1.2主要技術(shù)參數(shù)增益：40dB-60dB,10dB步進(jìn)可調(diào)，2fc處放大器與濾波器總電壓增益不大于30dB;截止頻率：10KHZ~20KHZ,1KHZ步進(jìn)可調(diào)；允許增益誤差：＜10%；允許電壓誤差：＜10%。2總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分五部分，設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。3硬件設(shè)計(jì)3.1輸入緩沖部分輸入緩沖電路的主要功能是提高電路的輸入阻抗，由于AD603的輸入電阻只有100，要滿足輸入電阻大于2.4K的要求，所以必須加入輸入緩沖部分用以提高輸入阻抗。方案：利用電壓反饋型運(yùn)放OPA642做輸入緩沖電路［1］輸入部分先用電阻分壓衰減，再由低噪聲高速運(yùn)放OPA642放大，整體上還是一個(gè)跟隨器，二極管可以保護(hù)輸入到OPA642的電壓峰峰值不超過其極限(2V)。其輸入阻抗大于2.4K。OPA642的增益帶寬積為400MHz，這里放大3.4倍，100MHz以上的信號(hào)被衰減。電路圖如圖2所示。3.2增益控制及放大部分該部分運(yùn)用增益可調(diào)放大器AD603設(shè)計(jì)，通過電位器改變AD603的控制電壓，以達(dá)到控制電路放大倍數(shù)的目的。放大及增益控制電路設(shè)計(jì)：增益控制部分采用AD603典型接法中通頻帶最寬的一種，通頻帶為90MHZ，增益為-10-+30dB，輸入控制電壓U的范圍為-0.5-+0.5V。增益和控制電壓的關(guān)系為：AG(dB)=40xU+10,—級(jí)的控制范圍只有40dB,使用兩級(jí)串聯(lián)，增益為AG(dB)=40xU1+40xU2+20,增益范圍是-20~+60dB，這里選擇兩級(jí)級(jí)聯(lián)［2］。由于兩級(jí)放大電路幅頻響應(yīng)曲線相同，所以當(dāng)兩級(jí)AD603串聯(lián)后，帶寬會(huì)有所下降，串聯(lián)前各級(jí)帶寬為90MHZ左右，兩級(jí)放大電路串聯(lián)后總的3dB帶寬對(duì)應(yīng)著單級(jí)放大電路1.5dB帶寬，根據(jù)幅頻響應(yīng)曲線可得出級(jí)聯(lián)后的總帶寬為60MHZ。3.3濾波及截止頻率調(diào)節(jié)3.3.1由變?nèi)荻O管組成的電容可調(diào)電路該電路圖根據(jù)變?nèi)荻O管的特性，利用電位器改變R上的電壓，使二極管電壓V1改變，從而改變變?nèi)荻O管電阻，使整個(gè)電路電容得到改變。設(shè)計(jì)中在直流電源附近加上接地電容以避免交流信號(hào)對(duì)電源的沖擊［5］，見圖3。3.3.2截止頻率調(diào)節(jié)由于一階電路的過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減斜率僅為-20dB/十倍頻。增加RC環(huán)節(jié)，可加大衰減斜率，所以這里使用二階電路。為了使負(fù)載不影響濾波特性，在無源濾波電路和負(fù)載之間加一個(gè)高輸入電阻低輸出的隔離電路。這里使用集成運(yùn)放AD603做隔離電路。該部分電路圖見圖4。電路分析［3］：該部分電容C=C15+C16//Cd；其中R=10K；3.4抗干擾措施系統(tǒng)總的增益為0~40dB，前級(jí)緩沖和增益控制部分增益最大可達(dá)60dB，因此抗干擾措施必須要做得很好才能避免自激和減少噪聲?？刹捎孟率龇椒p少干擾和避免自激［4］：（1） 將輸入部分和增益控制部分裝在屏蔽盒內(nèi)，避免級(jí)間干擾和高頻自激。（2） 電源隔離，各級(jí)供電采用電感隔離，輸入級(jí)和濾波輸出級(jí)采用隔離供電，各部分電源通過電感隔離，輸入級(jí)電源靠近屏蔽盒就近接上1000Uf電解電容，盒內(nèi)接高頻瓷片電容，通過這種方法可避免低頻自激［5］。（3） 所有信號(hào)耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降。構(gòu)建閉路環(huán)。在輸入級(jí)，將整個(gè)運(yùn)放用較粗的地線包圍，可吸收高頻信號(hào)減少噪聲。在增益控制部分和后級(jí)濾波部分也都采用了此方法［6］。實(shí)踐證明，電路的抗干擾措施比較好，在1KHZ-20MHZ的通頻帶范圍和0-80dB增益范圍內(nèi)都沒有自激。4結(jié)論經(jīng)過不斷調(diào)試與檢測(cè)，電路在誤差允許的范圍內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)了增益40dB，10dB步進(jìn)可調(diào)，截止頻率10KHZ-20KHZ可調(diào)的功能。參考文獻(xiàn)［1］ 楊素行.模擬電子基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程［M］.北京:高等教育出版社,1998,272-275.［2］ 陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)［M］.北京:高等教育出版社,2000,134-151.［3］ 熊耀輝.高頻電子線路［M］.北京:高等教育出版社,1998,133-180.［4］ 余家春.