四运放多功能KHN滤波器的设计

为了说明电路的品质因数受电阻比R4／R3，控制，仍取R1=R2=R3=R5=R6=10 kΩ，C1=C2=10 nF，使R4分别为12．5、15、17．5、20 kΩ时，理论给出fo=1．591 5 kHz，Q分别为4、2、1．33、1。用EWB5．0可测得fo=1．629 8 kHz，Q分别为4．069 O、2．031 3、1．350 3、1．010 8，仿真结果如图3所示。

为了说明电路的极点频率受R1、R2控制，且与R4、R3无关，取R3=R5=R6=1O kΩ，R4=20 kΩ，C1=C2=1OnF，使R1=R2=R，分别为1、10、100kΩ时，理论给出Q=1，fo为15．915、1．591 5、O．15915kHz，带通滤波器的频率特性如图4所示。用EWB5．0可测得fo分别为16．3789、1．637 9、0．163 789 4 kHz时，相应的Q分别为1．142 7、1．010 3、0．999 5。显然频率较高时，出现了Q增强现象，这是由于运算放大器的有限增益带宽积造成的。
理论上，当R4=R3，电路变成了振荡器，仿真结果表明R4要稍小于R3，才能维持振荡。取R1=R2=R3=R5=R6=10 kΩ，C1=C2=10 nF，当R4= 9．9 kΩR3=10 kΩ，电路振荡，由于Vo2比Vo1超前90°，所以Vo2和Vo1是两相正交正弦波。理论给出fo=1．5924kHz。仿真结果如图5所示。实测fo=1．558 8 kHz。造成频率下移的原因是运算放大器的有限增益带宽积。造成波形失真的原因是无限幅电路，只要给积分器增加二极管限幅电路，即可改善波形。可见计算机仿真结果与理论设计基本一致，说明所设计电路正确有效。

3 结论
使用4个通用集成运放、2个电容和11个电阻，设计二阶通用滤波器，其参数设置如下：fo=1．591 5 kHz，Q=1，GB=-1，GB=1；GL=-1。该电路既可单输入、多输出同时实现低通、带通和高通滤波，也可以多输入、单输出分别实现低通、带通和高通滤波。电路除具有低的灵敏度外，还具有以下特点：1)电路的极点频率和品质因数能独立调节，容易获得高Q滤波；2)所有集成运放的反相输入端虚地。因而承受的共模电压为O，对运放的要求不高；3)电路还可被调节成一个频率可调的正交正弦振荡器。