带通滤波反相衰减器电路

news2024/12/25 16:16:41

1 简介

        该可调带通衰减器可在 10Hz 到 100kHz 的频率范围内将信号电平降低 40dB。它还支持独立控制直流输出电平。该设计选择的极点频率在通带之外，以最大限度地减小指定带宽范围内的衰减。

2 设计目标

2.1 输入

  • V_{iMin}=100mV_{pp}
  • V_{iMax}=50V_{pp}

2.2 输出

  • ​​​V_{oMin}=1 mV_{pp}
  • V_{oMax}=500mV_{pp}

2.3 电源

  • V_{cc}=15V
  • V_{ee}=- 15V
  • V_{ref}=0V

3 电路设计 

        根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

  • 如果向 Vref 施加直流电压，一定要检查共模限制
  • 保持稳定性，同时使 R3 尽可能小，以避免负载问题
  • 确保低通滤波器中第二个极点的频率 (fp3) 至少是第一个低通滤波器极点的频率 (fp2) 的两倍

4 设计计算

  • 设置通带增益

     Gain = -\frac{R_{2}}{R_{1}}=-0.01\frac{V}{V}(-40dB)

     R_{1}=100k\Omega

    R_{2}=0.01*R_{1}=1k\Omega

  • 设置低于fi的高通滤波器极点频率f_{p1}

       f_{I}=10Hz,f_{p1}=2.5Hz

  • 设置高于fh的低通滤波器极点频率（f _{p2}和f_{p3}）

        f_{h}=100kHz

        f_{p2}=150kHz

        f_{p3}\geqslant 2*f_{p2}=300kHz

        f_{p3}=300kHz

  • 计算C1，设置f_{p1}的位置

        C_{1}=\frac{1}{2*\pi *R_{1}*f_{p1}}=\frac{1}{2*\pi *100k\Omega *2.5Hz}=0.636uF\approx 1uF

  • 选择用于设置f_{p2}和f_{p3}的组件

        R_{3}=8.2\Omega

        C_{2}=\frac{1}{2*\pi *(R_{2}+R_{3})*f_{p2}}=\frac{1}{2*\pi *1008.2\Omega *150kHz}=1052pF\approx 1200pF

        C_{3}=\frac{1}{2*\pi *R_{3}*f_{p3}}=\frac{1}{2*\pi *8.2\Omega *300kHz}=64.7nF\approx 68nF

5 电路仿真

时域仿真：

频域仿真：

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