非理想運(yùn)放構(gòu)建的低通濾波電路優(yōu)化設(shè)計(jì)
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3 兩種濾波器模型的相關(guān)特性仿真
由于濾波器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間相當(dāng)于一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，因而濾波器系統(tǒng)的參數(shù)R3，R4，C3，C4的連續(xù)變化可以導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)間的不連續(xù)變化。下面就分別針對(duì)理想和非理想的兩種情形分別進(jìn)行仿真。為研究系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，這里采用的輸入為階躍信號(hào)。非理想運(yùn)放采用AD公司OP37參數(shù)。首先選取滿足條件的放大系數(shù)K。根據(jù)前面分析知濾波器的反饋環(huán)節(jié)應(yīng)滿足式(6)。這里假設(shè)R4=MxR3；C4=NxC3；所以條件化簡(jiǎn)為式：
K(1+M)N+1 (10)
分別針對(duì)4種情況進(jìn)行仿真如下：對(duì)于給定的一個(gè)截止頻f0，以其中一個(gè)參數(shù)為變量，這里取為R3。將R3在較大的范圍內(nèi)取值，記錄兩種運(yùn)放構(gòu)成濾波器的2％調(diào)節(jié)時(shí)間并進(jìn)行對(duì)比。
當(dāng)M1，N>1時(shí)，這里任取R4=0．5R3，C4=2C3，所以式(10)中K4。這里取R5=1 K，R6=1．2 K，顯然滿足式(10)。圖3中情形一可以看出當(dāng)R3取值為10 kΩ附近時(shí)，兩種模型調(diào)節(jié)時(shí)間最接近。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/201809/388678.htm
當(dāng)M>1，N1：選取R4=1．5R3，C4=0．8C3，式(10)中K3。取R5=1 kΩ，R6=1．2 kΩ，算數(shù)據(jù)得R3大概取10 K到50 K之間時(shí)且最優(yōu)化值為20 K。
當(dāng)M1，N1，選取R4=0．8R3，C4=0．9C3則K2．62，這時(shí)仍取R5=1 K，R6=1．2 K。據(jù)記錄數(shù)據(jù)得大概取R3為10 K時(shí)，兩種調(diào)節(jié)時(shí)間最為接近。
當(dāng)M>1，N>1：取R4=1．2R3，C4=1．2C3，則K3．64，取R5=1K，R6=1．2 K。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)得大概取R，為30 Ω時(shí)，兩種濾波器調(diào)節(jié)時(shí)間最為接近。
這時(shí)兩種模型調(diào)節(jié)時(shí)間最接近時(shí)的R3取值即可認(rèn)為是最優(yōu)電阻值，其它電路參數(shù)值根據(jù)關(guān)系式也依次取波器。此時(shí)針對(duì)理想和非理想兩種運(yùn)放構(gòu)建的低通濾波器得波特圖如下圖4示。從圖中可以看出，對(duì)于非理想運(yùn)算放大器構(gòu)建的低通濾波器當(dāng)外圍參數(shù)選得最優(yōu)值時(shí)，在低頻范圍內(nèi)其幅頻響應(yīng)能夠很好地與理想運(yùn)放構(gòu)成的低通濾波電路的幅頻響應(yīng)重合，從而可以驗(yàn)證了上述方法的可行性。
4 結(jié)束語
文中以非理想運(yùn)算放大器構(gòu)建的低通濾波電路模型為基礎(chǔ)，研究了濾波器的調(diào)節(jié)時(shí)間與外圍參數(shù)的關(guān)系。得出了一種非理想運(yùn)算放大器構(gòu)建濾波器系統(tǒng)時(shí)選取器件最優(yōu)參數(shù)值的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性。本文的意義在于給非理想運(yùn)算放大器構(gòu)建低通濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種指導(dǎo)方法，實(shí)際中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
評(píng)論