有源低通滤波器设计

1、2009级信息系统综合设计信息系统综合设计报告书课题名称有源低通滤波器设计姓 名李实权学 号20096464 院、系、部电气工程系专 业电子信息工程指导教师刘鑫淼2013年 1 月6日有源低通滤波器设计20096464 李实权一、设计目的1、学习RC有源低通滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源低通滤波器；4、掌握有源低通滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。二、设计要求1、设计二阶RC低通滤波电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；2、在Multisim中仿真电路，测量并调整静态工作点；3、测量技术指标参数；4、测量有源滤波器的幅频特性。三

2、、系统原理低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。3.1 原理图设计低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。如图3.1（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。

3、图3.1（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。图3.1二阶低通滤波器二阶低通滤波器的通带电压放大倍数；截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率； 品质因数Q=1/(3-)，其大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。3.2系统结构框图及各子框图的作用RC网络反馈网络放大器图3.2 RC有源滤波总框图RC网络的作用：在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。放大器的作用：电路中运用了同相输入运放，其闭环增益同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。反馈网络的作用：将输出信号的一部分或全

4、部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。四、电路图设计4.1系统参数的设置巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： ， n=1，2，3，. . . 巴特沃斯的二阶归一化传递函数为： A(s) （21）其中：其中Auo为通带内的电压放大倍数，wC为截止角频率，Q为品质因子通带内的电压放大倍数：滤波器的截止角频率：为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使：将上述方程与 联立求解，可得：本次实验的参数设置如下：设截止频率为fc为1000Hz，品质因数Q为1由二阶低通滤波电路的通带截止频率公式得：为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，应使4.2 MultiSim

5、电路图在本次试验中设计一个有源低通滤波器，截止频率fc为1kHz,通带电压放大倍数：RVF=2，在f 为10fc时，要求幅度衰减大于30dB。图4.1为仿真电路图，图4.2为实物电路图。图4.1 multisim仿真电路图图4.2 实物电路图4.3 UA741集成运放图4.3 UA741管脚图UA741芯片是高增益运算放大器，常用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。第1管脚和第5管脚是为提高运算精度。第2管脚是负输入端；第3管脚是同相端输入端；第4和第7管脚分别为负直流源和正直流源输入端；第6管脚为输出端；第8管脚是悬空端；在运算前，应首先对直流输出电

6、位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器，用直流电压表测量输出电压Uo，细心调节调零电位器，使Uo为零（即失调电压为零）。五、仿真结果图5.1 =时输入输出信号波形本次试验要求的截止频率fC=1kHz，在f = 3fc时仿真显示结果。幅频特性曲线：图5.2 幅频特性曲线图5.3 =时输入输出信号波形图5.4示波器现实结果图仿真结果如图5.1、图5.2、图5.3所示，其中图5.2为二阶低通滤波器幅频特性曲线，本次试验要求的截止频率，在时，要求幅度衰减大于30dB，根据仿真的数据可知基本上符合。六、设计总结

7、通过本次课程设计，我对二阶有源低通滤波器有了更深刻的了解，对其构造组成及参数计算又有了更深刻的了解，对其构造组成及参数计算又有了更深一步的掌握特别是对滤波器的认识比以前更广泛。我们在查找了许多有关方面的资料，以及观察分析了UA741集成运算放大器后，设计出了自己的电路。期间我发现我们所学的理论与实际还是有很大的区别的，于是我们通过理论联系实际，最后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。之后我们又对电路图进行了仿真。在使用Multisim仿真的过程中，我们第一步是绘制滤波器的原理图，接着根据计算的结果设置元件的各种参数，最后就要应用Multisim的仿真功能观察了电路交流扫描分析等各种仿真分析，得出了相应的仿真图形。通过理论与结果的比较，我们对电路元件参数进行了相应的修改，最后得到了较为合理的原理图。在以后的学习中，我们会不断的摸索，不断实践，更好的利用各种手段帮助我们提高，使我们更好的理解所学的知识，弥补实践的不足，由理论联系到实际，深入了解科学的奥秘，真正的把知识吸收为自己的东西，以达到学以致用的目的。七、参考文献1 高西全，丁玉美数字信号处理西安电子科