二阶有源低通滤波器报告|一阶有源低通滤波器

课程设计说明书

课程设计名称： 模拟电路设计

课程设计题目： 二阶低通滤波器

学 院 名 称：

专业： 班级：

学号 姓名：

评分： 教师：

20 11 年 3 月 1 日

模拟电路 课程设计任务书 20 10 －20 11 学年 第 二 学期 第 一 周－ 二 周

注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

滤波器， 通常用来对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路。低通滤波器就是用来抑制频率高于某个值的电路。 由于滤波器对无用频率的抑制通常与阶数有关，因此，为了达到很好的抑制作用，增加阶数，但同时也会增加滤波电路的损耗，主要用于对低通滤波器的频率特性要求比较高的场合. 根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器.

关键字： 有源滤波 二阶 低通 RC网络

目录

前言··················································4

第一章 设计内容及要求

1.1 基本要求................................................4

1.2 滤波器的介绍...................................................5

第二章 系统设计方案选择

2.1 方案一·····················································5

2.2 方案二·····················································6

第三章 工作原理

3.1 工作原理·············································6

第四章 multisim辅助设计

4.1 无限增益多路反馈型仿真图.......................................7

4.2 压控电压源型...................................................7

第五章 调试及测试结果与分析

5.1 组装过程···································8

5.2 调试.........................................................8

5.3 测试结果及分析...............................................9 结论...............................................................9 参考文献··········································9 附录一····································10 附录二··································10 附录三··········································11

前 言

滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。滤波器已大量渗入现代技术中。很难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。在现代通信和信号处理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一些例子而已

低通滤波器：在低频率规定的范围内才能通过信号，利用这一性质可以滤出干扰频率的信号，留下我们所需的频率高的信号。它的用途很广泛，比较接近我们生活的有带通滤波器用于有线电视网的终端用户或单向用户处，其功能是用来屏蔽反向带宽，以避免单向用户的信号反馈，从而有效避免了网络中由于单向用户的信号反馈对整个双向网络的噪声影响，有效保证了双向网络的正常工作。此次设重点研究二阶有源低通滤波器。

本次课设介于采用multisim7快速设计，采用查表法结合仿真，做板联合实际调节。

第一章 设计内容及要求

题目: 二阶有源低通滤波器

1.1基本要求

1) 采用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法

2) 截至频率2KHZ

3) 增益为Au=2

1.2滤波器的介绍

对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。

滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：

① 无源滤波器:

由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成

② 有源滤波器:

一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。

从功能来上有源滤波器分为：

低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、

带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、

全通滤波器（APF）。

其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。

第二章 系统设计方案选择

2.1压控电压源型

有源二阶滤波器基础电路下图所示，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＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90º，两级RC 电路的移相到-180º，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。其特点是输出

阻抗高，输出阻抗低

2.2 无限增益多路反馈型

运算放大器为反相接法，由于放大器的开环增益无限大，反相输入端可视为虚地，输出端通过电容和电阻形成两条反馈支路。其优点是：输出电压与输入电压相位相反，元件较少，但增益调节不方便。

第三章

3.1 压控电压源型原理

本次课程设计采用压控电压源型设计课题,如下图所示电路为常用二阶低通。由于C1接到集成运放的输出端，形成正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压控制，且输出电压近似为恒压源，所以称之为二阶压控电压源低通滤波器。

工作原理

图3.1

第四章 multisim辅助设计

通过multisim仿真软件对上述电路进一步修正。分别测试输入频率为小于1KHZ,等于1KHZ,大于1KHZ三种情况下的输出信号。

4.1无限增益多路反馈型

图4.1

4.2压控电压源型

图4.2

如图所示，仿真出来的效果达到设计要求。

第五章 调试及测试结果与分析

5.1 组装过程

备齐该实验所需所有元器件，合理安排版面布局，将此次试验的元器件依次焊接在电路板上，为防止虚焊，用万用表不断地检测线路之间的连通性

5.2 调试

给焊接好的电路板信号输入，调节输入频率，读出示波器显示的数值，并且与试验预期效果进行比较通过测试设计值点电路板的结果，对电路板进行修正以达到设计要求。

设计指标：fc=2增益为Av=2输入信号Vi=1V，观察滤波器的截止频率fc及电压放大倍数Av。按要求理论测试结果应为：在相对低频时，如fc=100Hz，电压放大倍数为1；在fc=2 z时，Av=0.707。

5.3 测试结果及分析

当输入频率2KHZ，电压1V的信号，示波器输出为2.04KHZ，2.2V信号 当输入频率1KHZ，电压1V的信号，示波器输出为1.03KHZ，1.3V信号 当输入频率3KHZ，电压1V的信号，示波器输出为3.03KHZ，2.8V信号

结 论

作为系统检验创新能力活动的课设，是一次将理论与实践相结合的实践。其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的焊接起来，那就失去了本次模电课设的意义了。作为一个电子专业的学生，应该努力提高这方面的能力 二阶低通压控滤波器理论不是太复杂，很快就完成了仿真和布线，但实际的运用就出现了问题。RC值的误差导致作品没能精确的达到要求，焊接时管脚短路导致出不了波形等等。小问题很多，但完成后也确实提高了动手能力。进一步了解LM324的功能，不同电容的作用。这次课设，学到的太多，有过许多教训，也总结了许多经验，懂得了三思而后行，学到了严谨的学习态度、永不放弃的精神，也增加了去面对更大挑战的信心和勇气。

参考文献

[1] 低频电子线路 程民利主编 西安电子科技大学出版社

[2] 模拟电子技术基础 第4版 华成英、童诗白 高等教育出版社

[3] 数字滤波器设计及工程应用 宋寿鹏 江苏大学出版社; 第1版 (2009年6月1日)

[4] 谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.华中科技大学出版社，2006. 附 录

1 原理图

图1 原理示意图

图2 组装图

2 参数计算、器件选择

Fo=Fp=1/2RC

1千欧电阻2个，820欧2个，0.1微法电容2个，LM324一个

3 芯片介绍

LM324M：

运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V。

LM324M的特点：短跑保护输出、真差动输入级、可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）、每封装含四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共模范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护功能。

图3 LM324M实物图

图4 UA741管脚图