二阶低通滤波器.doc

1、钦 州 学 院模拟电子课程设计报告院 系 机械与船舶海洋工程学院专 业 过程控制自动化 学 生 班 级 2013 级 133 班 姓 名 刘良新 学 号 1305402313 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 张晓培 指导教师职称 2016 年 10 月钦州学院本科课程设计二阶低通滤波器自动化专业 2013 级 刘良新指导教师 张晓培摘要：滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积

2、较大。二阶低通滤波器可用压控和无限增益多路反馈。采用集成运放构成的 RC 有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用 proteus 仿真软件对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。关键词： 二阶低通滤波器，截止频率，电路设计设计目的:（1）进一步掌握模拟电子技术课程所学的理论知识，重点复习滤波器设计需要的知识点。（2）了解滤波器的工作原理，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设

3、计。（3）了解并熟悉电路设计的基本思想和方法。目录前言 .1第一章 课程设计要求 .21.1 设计要求 .2第二章 系统组成及工作原理 .22.1 有源二阶压控滤波器 .22.2 无限增益多路反馈有源滤波器 .4第三章 电路设计、参数计算、器件选择 .53.1 二阶压控低通滤波器设计及参数计算 .53.2 无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算 .6第四章 电路组装及调试 .64.1 压控电压源二阶低通滤波电路 .64.2 无限增益多路负反馈二阶低通滤波器 .9第五章 实验结论 .115.1 实验数据记录与处理 .115.2 设计体会.11参考文献 .12附录一 芯片介绍： .12附录二

4、元件清单 .13附录三 实物图 .13钦州学院本科课程设计1前 言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和科学技术领域中占有不可或缺的核心地位。同时在国家的事业中发挥了重大作用，只有科技才能使一个国家变得真正强大。作为一名大学生不仅仅要努力学习理论知识，还要把理论运用到实践中去，做到学以致用。低通滤波器的使用非常广泛。该种滤波器只让规定的低频率通过，而且电路性能稳定，增益易调节。利用这一特点不仅可以通过有用信号还可以抑制无用信号。工程上常常用低通滤波器作信号处理，数据传输和抑制干扰。例如：无线电发射机利用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是

5、一个声波的滤波器，当一个房间播放音乐时很容易听到低音，但高音被滤掉了。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍是一个问题。刘良新 二阶低通滤波器2第一章 课程设计任务及要求1.1 设计要求1.分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计电路2.截止频率 fc=2000HZ3.增益 Av=2第二章 系统组成及工作原理2.1 有源二阶压控滤波器基础电路如图 1 所示图2.1 二阶有源低通滤波基础电路它由两节 RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放

6、输出到集成运放同钦州学院本科课程设计3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ff0 时（f0 为截止频率），电路的每级 RC 电路的相移趋于-90，两级 RC 电路的移相到-180，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容 c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，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端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。传输函数为：(2-1)(iosVA2F)()-(31sCRAV令 称为通带增益 - （2-2）F0称为等效品质因数 -（2-3）3V

7、Q称为特征角频率 -（2-4）RC1c则 -(2-5)2cn20)(sAs注 滤波电路才能稳定工作。时， 即当 3 3FFVV2.2 无限增益多路反馈有源滤波器基本形式图 2图 2.2 无限增益多路反馈有源滤波基础电路在二阶压控电压源低通滤波电路中，由于输入信号加到集成运放的同相输入端，同时电容 C1 在电路参数不合适时会产生自激震荡。为了避免这一点，Aup 取值应小于3.可以考虑将输入信号加到集成运放的反相输入端，采取和二阶压控电压源低通滤波电路相同的方式，引入多路反馈，构成反相输入的二阶低通滤波电路，这样既能提高滤波电路的性能，也能提高在 f=f0 附近的频率特性幅度。由于所示电路中的运放

8、可看成理想运放，即可认为其增益无穷大，所以该电路叫做无限增益多路反馈低通滤波电路。刘良新 二阶低通滤波器4-（2-6）32132121)( RCsRCsAu -（2-7）)(LuoLusQA其中： ， 为品质因数。cLs第三章 电路设计、参数计算、器件选择 3.1 二阶压控低通滤波器设计及参数计算(3-1)所以根据上述推导公式可得：电路设计时应该使得 R1:R2=1, 取 R1=R2=10K，然后由中心频率计算公试可以取 C1=C2=0.1uF,可以得出电阻 R3=600,R4=1000. 本次课设电路中用 1k 的电位器调节的到 600 代替。仿真电路图如下所示：图 3.1.1 压控电压源二

9、阶低通滤波钦州学院本科课程设计53.2 无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算通带内的电压放大倍数： (3-2) 13RAuo滤波器的截止角频率： (3-3)cc fC232根据上述推导公式可得：电路设计时应该使得 C3=C4，则可以取 C3= C4=0.1uF，然后由中心 频率计算公式，电压增益公式以及品质因素的公式计算参数，依据以上三个公式，取 f0=2KHz，Q=0.707 ，令 R5=200,R7=100，R6=400,而实践中，电阻测量值与标称值有较大误差，本电路中 R5 ,R7 用 1K 的电位器调节得到，使得其等于 200 和 100 即可基本达到设计要求。其仿真电路图如下图 3.2.1 无限增益多路反馈低通滤波电路第四章 电路组装及调试4.1 压控电压源二阶低通滤波电路图 4.1.1 压控有源二阶低通滤波基础电路刘良新 二阶低通滤波器6当输入的信号频率小于截止频率 2000hz，其电路的增益为 2.即其波形的峰峰值是两倍。当 f=1KHZ，f=2KHZ，f=4KHZ 时得仿真图如下图 4.1.2 f=1KHZ 时仿真图钦州学院本科课程设计7图 4.1.3 f=2KHZ 时仿真图图 4.1.4 f=4KHZ 时仿真图