非理想運放構(gòu)建的低通濾波電路優(yōu)化設(shè)計

摘要：分析了基于理想運算放大器構(gòu)建的濾波器性能以及參數(shù)選原則。針對理想運算放大器所構(gòu)建的濾波器模型當(dāng)運算放大器為非理想器件時所制造出的濾波器響應(yīng)性能并不理想這一問題。研究了非理想運算放大器構(gòu)建的濾波器器件參數(shù)對響應(yīng)時間的影響，提出了一種選取其最優(yōu)參數(shù)值以構(gòu)建所需濾波器的方法，實驗結(jié)果表明了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：非理想運算放大器；濾波器；響應(yīng)時間；濾波器的優(yōu)化

濾波器是信號處理的重要單元，除了在通信領(lǐng)域大量使用外，還在雷達(dá)、人造衛(wèi)星、儀器儀表和計算機等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在微小電容檢測實驗和實時成像系統(tǒng)中，就常采用鎖相放大器增強信噪比以提高測量精度。而鎖相放大器中的濾波器模型研究以前均為基于理想運算放大器模型的分析，由于實際器件中輸入輸出阻抗與所選電阻，電容間存在耦合關(guān)系，且階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間相當(dāng)于一個非線性環(huán)節(jié)。因而，研究基于非理想運算放大器對低通濾波器的響應(yīng)時間及濾波相應(yīng)的影響，并分析其最優(yōu)化參數(shù)的選取具有重要的應(yīng)用價值。

1 基于理想運算放大器的濾波器分析
在一個運算放大器的外圍連接不同的電阻電容便可以構(gòu)成不同的種類的濾波器，這里僅以低通濾波器研究為例，如下圖1所示為理想運算放大器構(gòu)成的低通濾波器模型。

根據(jù)基爾霍夫電路定律列寫電路方程如下：