低通滤波器 实验报告

1.概述低通滤波器ＬＰＦ是滤除噪声用得最多的滤波器。由于高阶有源低通滤波器的每个滤波节皆由二阶滤波器和一阶滤波器组成。我们设计一个巴特沃兹二阶有源低通滤波器。并使用电子电路仿真软件进行性能仿真。（2）巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：......（1）其中Auo为通带内的电压放大倍数，C为截止角频率，n称为滤波器的阶。从（1）式中可知，当=0时，（1）式有最大值1；=C时，（1）式等于0.707，即Au衰减了3dB；n取得越大，随着的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。当>>C时，......（2）两边取对数，得：......（3）此时阻带衰减速率为：20ndB/十倍频或6ndB/倍频，该式称为计算公式。2.工作原理图图2-1低通滤波器原理图2-2低通滤波器原理图工作原理：（1）滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠，如果重叠不严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。任何复杂地滤波网络，可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。有源滤波器地设计，主要包括确定传递函数，选择电路结构，选择有源器件与计算无源元件参数四个过程。巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。巴特沃斯低通滤波器与理想滤波器比较。简单来说，理想低通滤波器的滤波效果是无失真的，其通频特性可以看做一个矩形，滤波不会发生混叠（实际的滤波器是不可能有理想的截止特性，总会在截止频率fc之后总有一定的过滤带）。巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，类同于切比雪夫滤波器，它有高通，低通，带通，高通，带阻等多种滤波器。它在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带，在过渡带上很容易造成失真。切比雪夫滤波器则相反，过渡带很窄，但内部的幅频特性却很不稳定。其他种类的滤波器一般都是折中设计的。3.计算过程（1）选择电容的容量和电阻的阻值电容C的容量宜在微法数量级以下，电阻R的阻值一般应在几百千欧以下，为使两级二阶低通滤波器电路具有相同的截止频率故选择C1=C2=0.2K查教材表2-1巴特沃斯低通，高通滤波电路阶数n与增益G的关系得考虑到应使同相输入端和反相输入端的直流偏置电流相等，故有(1)(2)解得：,K

（2）选择图形（3）画出仿真波形图4.结果与分析本实验采用一种方法来设计有源二阶低通旅欧器。将其接地的电容C2端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶低通滤波电路，两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈。在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f》fo时，(f0为截止频率)，电路每级电路的相移于-90度，两级RC电路的移想到-180度，电路的输出电压与电压的相位相反，故此时通过电容C引导集成运放动向端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频段迅速哀减，只允许低通端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。5.体会：学习了三个星期的二阶低通滤波器，我学会了很多东西，培养了动手能了也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只要理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结和起来，从理论中得出结论。从而提高自