滤波器课程设计

1、格物致新 厚德泽人项目：课程设计学院:信息工程学院班级:卓越111班姓名: 学号:+目 录实验目的- 3实验要求- 3实验原理- 3滤波器基础知识简介- 3有源低通滤波器（LPF）- 4二阶压控型低通滤波器-4实验设计-6仿真分析- 6仿真电路- 7实验结果- 7波特图仪显示- -77实验PCB原理图-9实验结果分析- 11理论计算- 11实验结果比较与分析- 11实验结论- 12实验感想-12实验目的：1、 熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；2、 学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；3、 学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法；4、 学习利用Multisim仿真软件进行

2、电路仿真分析。实验要求：设计一个二阶压控型低通滤波器。要求：通带增益为2，截止频率为2KHz，可以选择0.01的电容器，电阻的阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，用Multisim仿真软件进行仿真分析，并画出其频率特性曲线。实验原理：1、 滤波器基础知识简介按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）几种。按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。如果滤波器仅由无源元件（电阻、电容和电感）组成，则称之为无源滤波器；若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等），则称之为有源滤波器。由阻容元件和运算放大器组成

3、的滤波电路称为RC有源滤波器。由于集成运放有带宽的限制，目前RC有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MHz。2、 有源低通滤波器（LPF）低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过，抑制高频分量。有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础，与集成运放连接而成。3、 二阶压控型低通滤波器二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。图1. 二阶压控型低通滤波器原理图将电容器的接地端改接到运放的输出端，引入了正反馈。由于在通带内电容器可视为“开路”，因此的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即。为简化计算，令R2=R3=R，C1=C2=C，根据“虚短”和“虚断”特性以及叠加定理可解得传递函

4、数：令s=，得滤波器的频率响应表达式：式中。令=由复数概念可解得该滤波器的上限截止频率为1.27定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f=时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即Q=在实际应用中，Q的调节范围为0.5，一般选取Q=1附近的值。实验设计本次实验采用上述二阶压控型低通滤波器电路图。令1.27=1.27可取，C=0.01，R=2.0223仿真分析运用Multisim软件对上述实验设计思路进行仿真分析。1、 仿真电路运用Multisim绘制的实验电路图如下图2.实验设计电路图电路中，XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。XBP1有两组端口，左侧IN是输入端口，其“+”、“-”输入

5、端分别接被测电路输入端的正、负端子；右侧OUT是输出端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输出端的正负端子。XBP1的IN端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。2、 实验结果2.1波特图仪显示运用Multisim中的波特图仪（XBP1）观察二阶压控型低通滤波器的频率特性。XBP1的设置以及观察结果显示如下：图3. XBP1的幅频显示1图4. XBP1的幅频显示2图5. XBP1的幅频显示3图6. XBP1的相频显示1图7. XBP1的相频显示2根据上述五幅波特图仪的显示可知：该滤波器呈现低通状态。在f=1Hz即通带内20lg=6.021dB，的相移为0Deg；在f=时，20lg=6.01

6、4dB；在f=10KHz时，20lg=3.012dB，的相移为-116.141Deg。2.2实验PCB原理图实验结果分析3.1理论计算由二阶压控型低通滤波器的工作原理分析可知：通带电压放大倍数 =2；所以，在通频带内，=2，20lg=6.021dB，相移当f=7.874KHz时，=2，20lg=6.021dB；当f=10KHz时，=1.4182, 20lg=3.035dB，相移3.2实验结果比较与分析通过比较分析波特图仪（XBP1）和理论计算值比较，本次实验设计在误差范围内可以满足实验要求，设计思路正确合理。误差分析：1、实际的集成运算放大器并非是理想的，故将其看作理想运放来分析存在误差（主要误差）；2、电阻与电容的实际参数与标称值不等，存在微小误差；3、导线及电路各节点处有微小电阻；实验结论1、 二阶压控型LPF的幅频特性在f=处会出现抬升现象，此时正反馈作用最强，使该频段的闭环增益加大；2、 本次实验设计在误差范围内，能够满足实验设计要求。实验感想1、 由于这次实验时间比较紧，因此老师的指导非常重要。实验前老师讲的非常细致，而且老师将实验步骤和实验内容都详细的告诉我们。因此这次实验我觉得比较简单。也加深了对知识的理解。但也比较可惜没时间