二階低通濾波器是一種常見的濾波電路，可以將信號(hào)的高頻成分濾除，保留低頻成分。其設(shè)計(jì)包括確定截止頻率和選擇合適的電路結(jié)構(gòu)。
1. 確定截止頻率
截止頻率是指濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選的頻率上限，通常用角頻率表示。在進(jìn)行二階低通濾波器的設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要確定所需的截止頻率，即需要保留的信號(hào)頻率范圍。截止頻率可以通過選擇合適的電容和電感值來實(shí)現(xiàn)。
2. 選擇電路結(jié)構(gòu)
二階低通濾波器有多種電路結(jié)構(gòu)，包括sallen-key結(jié)構(gòu)、多饋電容結(jié)構(gòu)、雙t型結(jié)構(gòu)等。其中，sallen-key結(jié)構(gòu)是最為常用的二階低通濾波器結(jié)構(gòu)，其電路示意圖如下：
在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，r1和r2是電阻，c1和c2是電容，截止頻率可以通過這些元件的選擇來實(shí)現(xiàn)。op-amp是運(yùn)算放大器，對(duì)于一個(gè)理想的運(yùn)算放大器來說，它的輸入阻抗無限大，輸出阻抗無限小，增益無限大，無相位偏移。
3. 計(jì)算電路參數(shù)
確定截止頻率和選擇電路結(jié)構(gòu)后，我們需要計(jì)算電路參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)際的電路構(gòu)建和測(cè)試。下面以sallen-key結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。
根據(jù)sallen-key結(jié)構(gòu)，截止頻率的計(jì)算公式為：
f_c = 1/(2π√(c1c2r1r2))
其中，f_c為截止頻率，c1和c2為電容，r1和r2為電阻。我們可以先根據(jù)所需的截止頻率，選擇合適的電容和電阻值，然后通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的濾波效果。
例如，假設(shè)我們需要實(shí)現(xiàn)20khz的截止頻率，可以假設(shè)r1=r2=10kω，c1=c2=1nf，代入公式計(jì)算，得到截止頻率為22.4khz。然后進(jìn)行電路的構(gòu)建、調(diào)試和測(cè)試，根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。
總結(jié)：二階低通濾波器的設(shè)計(jì)需要先確定截止頻率，然后選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和優(yōu)化。設(shè)計(jì)好的濾波器可以應(yīng)用于音頻信號(hào)處理、無線通信、電源濾波等多種場(chǎng)合。