4階Chebyshev有源濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)

高性能濾波器是現(xiàn)代信號處理的一種基本電路，傳統(tǒng)的設(shè)計思想和方法運算量大，實現(xiàn)困難。在信號處理的各種應(yīng)用中，電子線路的輸入信號都含有各種頻率分量，其包含的分量有有用信號和干擾信號。對于無用的信號需將其濾除或盡量地抑制到最低，這種對無用頻率分量加以濾除或抑制的電路就是濾波器。Chebyshev有源濾波器有特定的中心頻率信號，抑制和濾除其它頻段的信號，在各種電子電路、自動控制電路中應(yīng)用廣泛。
利用OrCAD／Pspice將電路原理圖繪制完成就可以使用實現(xiàn)電路的仿真分析。在電路的分析和優(yōu)化設(shè)計中，可以隨時調(diào)整電路結(jié)構(gòu)，再次進行模擬分析，最終達(dá)到設(shè)計要求。其中Probe模塊，可以在模擬結(jié)束后顯示結(jié)果信號波形。而且，還可以對波形進行各種運算處理，包括提取電路特性參數(shù)，分析電路特性參數(shù)和最大增益分布直方圖。它可以對電路進行高性能的分析，是模擬電路分析的高級形式，可以對模擬結(jié)果再分析處理，以提取更多的信息。文中設(shè)計也應(yīng)用了此模塊，進行了Monte Carlo分析。

1 一階低通濾波器
一階低通濾波器由RC電路和放大器組成，電路原理，如圖1所示。系統(tǒng)函數(shù)為

式(1)ω0=2πf0=1／R3C1中為特征頻率，Aup=1+R1／R2為通帶電壓增益，取電源電壓V-=-15 V，V+=15 V。畫出一階低通濾波器的幅頻特性，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)歸一化頻率f0≥940 kHz時，幅頻特性的斜率為20 dB／10倍頻，衰減的速度比較快，與理想的矩形幅頻特性相差較遠(yuǎn)，過渡帶較寬，如果有通帶外信號，其衰減速度比較慢。故一階低通濾波器只能用于性能要求不高的場合，若要求特性下降斜率大，對通帶外信號衰減速度快，則只能應(yīng)用二階或者更高階的濾波器電路。

2 二階低通濾波器
二階低通濾波器由兩個RC和放大電路組成，電路原理，如圖3所示。采用正反饋技術(shù)將f0點附近的電壓增益值提高，形成壓控電源低通濾波器。壓控電壓源電路具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的特點，對運放特性的理想程度要求比較低，如圖3所示。