四運(yùn)放多功能KHN濾波器的設(shè)計(jì)

為了說(shuō)明電路的品質(zhì)因數(shù)受電阻比R4／R3，控制，仍取R1=R2=R3=R5=R6=10 kΩ，C1=C2=10 nF，使R4分別為12．5、15、17．5、20 kΩ時(shí)，理論給出fo=1．591 5 kHz，Q分別為4、2、1．33、1。用EWB5．0可測(cè)得fo=1．629 8 kHz，Q分別為4．069 O、2．031 3、1．350 3、1．010 8，仿真結(jié)果如圖3所示。

為了說(shuō)明電路的極點(diǎn)頻率受R1、R2控制，且與R4、R3無(wú)關(guān)，取R3=R5=R6=1O kΩ，R4=20 kΩ，C1=C2=1OnF，使R1=R2=R，分別為1、10、100kΩ時(shí)，理論給出Q=1，fo為15．915、1．591 5、O．15915kHz，帶通濾波器的頻率特性如圖4所示。用EWB5．0可測(cè)得fo分別為16．3789、1．637 9、0．163 789 4 kHz時(shí)，相應(yīng)的Q分別為1．142 7、1．010 3、0．999 5。顯然頻率較高時(shí)，出現(xiàn)了Q增強(qiáng)現(xiàn)象，這是由于運(yùn)算放大器的有限增益帶寬積造成的。
理論上，當(dāng)R4=R3，電路變成了振蕩器，仿真結(jié)果表明R4要稍小于R3，才能維持振蕩。取R1=R2=R3=R5=R6=10 kΩ，C1=C2=10 nF，當(dāng)R4= 9．9 kΩR3=10 kΩ，電路振蕩，由于Vo2比Vo1超前90°，所以Vo2和Vo1是兩相正交正弦波。理論給出fo=1．5924kHz。仿真結(jié)果如圖5所示。實(shí)測(cè)fo=1．558 8 kHz。造成頻率下移的原因是運(yùn)算放大器的有限增益帶寬積。造成波形失真的原因是無(wú)限幅電路，只要給積分器增加二極管限幅電路，即可改善波形?？梢娪?jì)算機(jī)仿真結(jié)果與理論設(shè)計(jì)基本一致，說(shuō)明所設(shè)計(jì)電路正確有效。

3 結(jié)論
使用4個(gè)通用集成運(yùn)放、2個(gè)電容和11個(gè)電阻，設(shè)計(jì)二階通用濾波器，其參數(shù)設(shè)置如下：fo=1．591 5 kHz，Q=1，GB=-1，GB=1；GL=-1。該電路既可單輸入、多輸出同時(shí)實(shí)現(xiàn)低通、帶通和高通濾波，也可以多輸入、單輸出分別實(shí)現(xiàn)低通、帶通和高通濾波。電路除具有低的靈敏度外，還具有以下特點(diǎn)：1)電路的極點(diǎn)頻率和品質(zhì)因數(shù)能獨(dú)立調(diào)節(jié)，容易獲得高Q濾波；2)所有集成運(yùn)放的反相輸入端虛地。因而承受的共模電壓為O，對(duì)運(yùn)放的要求不高；3)電路還可被調(diào)節(jié)成一個(gè)頻率可調(diào)的正交正弦振蕩器。