非理想運放構建的低通濾波電路優(yōu)化設計
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3 兩種濾波器模型的相關特性仿真
由于濾波器系統(tǒng)的調節(jié)時間相當于一個非線性環(huán)節(jié)，因而濾波器系統(tǒng)的參數R3，R4，C3，C4的連續(xù)變化可以導致調節(jié)時間的不連續(xù)變化。下面就分別針對理想和非理想的兩種情形分別進行仿真。為研究系統(tǒng)的調節(jié)時間，這里采用的輸入為階躍信號。非理想運放采用AD公司OP37參數。首先選取滿足條件的放大系數K。根據前面分析知濾波器的反饋環(huán)節(jié)應滿足式(6)。這里假設R4=MxR3；C4=NxC3；所以條件化簡為式：
K(1+M)N+1 (10)
分別針對4種情況進行仿真如下：對于給定的一個截止頻f0，以其中一個參數為變量，這里取為R3。將R3在較大的范圍內取值，記錄兩種運放構成濾波器的2％調節(jié)時間并進行對比。
當M1，N>1時，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R3取值為10 kΩ附近時，兩種模型調節(jié)時間最接近。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/201809/388678.htm
當M>1，N1：選取R4=1．5R3，C4=0．8C3，式(10)中K3。取R5=1 kΩ，R6=1．2 kΩ，算數據得R3大概取10 K到50 K之間時且最優(yōu)化值為20 K。
當M1，N1，選取R4=0．8R3，C4=0．9C3則K2．62，這時仍取R5=1 K，R6=1．2 K。據記錄數據得大概取R3為10 K時，兩種調節(jié)時間最為接近。
當M>1，N>1：取R4=1．2R3，C4=1．2C3，則K3．64，取R5=1K，R6=1．2 K。根據記錄數據得大概取R，為30 Ω時，兩種濾波器調節(jié)時間最為接近。
這時兩種模型調節(jié)時間最接近時的R3取值即可認為是最優(yōu)電阻值，其它電路參數值根據關系式也依次取波器。此時針對理想和非理想兩種運放構建的低通濾波器得波特圖如下圖4示。從圖中可以看出，對于非理想運算放大器構建的低通濾波器當外圍參數選得最優(yōu)值時，在低頻范圍內其幅頻響應能夠很好地與理想運放構成的低通濾波電路的幅頻響應重合，從而可以驗證了上述方法的可行性。
4 結束語
文中以非理想運算放大器構建的低通濾波電路模型為基礎，研究了濾波器的調節(jié)時間與外圍參數的關系。得出了一種非理想運算放大器構建濾波器系統(tǒng)時選取器件最優(yōu)參數值的方法。實驗結果證明了該方法的可行性。本文的意義在于給非理想運算放大器構建低通濾波器的優(yōu)化設計提供了一種指導方法，實際中具有較大的應用價值。
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