二阶低通滤波器

1、百度文库-让每个人平等地提升自我钦州学院模拟电子课程设计报告院系机械与船系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月百度文库-让每个人平等地提升自我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，而且体积较大。二

2、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。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 设计。了解

3、并熟悉电路设计的基本思想和方法。百度文库-让每个人平等地提升自我目录 TOC o 1-5 h z 刖百4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 第一章课程设计任务及要求 5 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 1.1设计要求5 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 第二章系统组成及工作原理 5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 有源二阶压控滤波器 5 HYPERLINK l bookmark5 o Curren

4、t Document 无限增益多路反馈有源滤波器 6第三章电路设计、参数计算、器件选择 7二阶压控低通滤波器设计及参数计算 7 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算 8 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 第四章电路组装及调试8 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 压控电压源二阶低通滤波电路 8 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 无限增益多路负反馈二阶低通滤波器

5、 11 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 第五章实验结论13实验数据记录与分析 135.1设计体会13参考文献14 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 附录一芯片介绍：14 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 附录二元件清单15 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 附录三 实物图15百度文库-让每个人平等地提升自我当今时代，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

6、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

7、 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。百度文库-让每个人平等地提升自我第一章课程设计任务及要求1.1设计要求.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.截止频率fc=2000HZ.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R 同相比例| 放大电路图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，在集成运放输出到集成运放同百度文库-让每个人平等地提升自我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（

8、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。具特点是输入阻抗高，输出阻抗低传输函数为:A(s)Vo(s)M(s)A/f21 (3-AVF)sCR (sCR)2(2-1)令A0A/f称为通带增益-1Q 称为等效品质因数3 A则 A(s)1称为特征角频率RC2_2A八 2Q c(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)注当3Avf

9、0,即A/f3时滤波电路才能稳定工作。2.2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。百度文

10、库-让每个人平等地提升自我Au(s)C1C2 R1R2211111s 一 一 一 一 s C1 R1R2R3CGR2R3人)Auo1一 SlQ(2-6)(2-7)其中：Sl , Q为品质因数。c第三章 电路设计、参数计算、器件选择二阶压控低通滤波器设计及参数计算=+(1 -儿.0 K,C；乩 GRQI * 工(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=600q,R4=1000q. 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压控电压源二阶

11、低通滤波百度文库-让每个人平等地提升自我3.2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:Auo(3-2)(3-3)C3=C4 WJ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=10g , R6=400Q，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。滤波器的截止角频率:F2R3C1C22 fc上述推导公式可得：电路设计时应该使得其仿真电路图如下图3.2

12、.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百度文库-让每个人平等地提升自我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=lKHZ, f=2KHZ, f=4KHZ时得仿真图如下VSM 幻gI则PowionDigital OscilloscopeCliamelB图4.1.2 f=1KHZ时仿真图ACDCGNDOFF百度文库-让每个人平等地提升自我Digital Csci loscopeIlillllicl图4.1.3 f=2KHZ时仿真图Digital Oreille s

13、cope图4.1.4 f=4KHZ时仿真图10百度文库-让每个人平等地提升自我4.2无限增益多路负反馈二阶低通滤波器当输入的频率是1000Hz , 2000HZ,4000HZ 的交流电源是输出信号的波形图分别如下：输出与输入的倍数关系分别是2倍，1.3倍 然后是截至了， 趋于0.滤波器的滤波效果已经达到，截至频率是2000Hz。小于2000Hz时，输出波放大倍。I 丫 卜 1 g*Aiirto(Jne-SnoLCLF&JTE-JJUcnmneiB enamel D二1Diqits Cscillosccpe图4.2.1 f=1KHZ时仿真图11百度文库-让每个人平等地提升自我图4.2.2 f=2

14、KHZ时仿真图Clnnnel CDigital Osc lloscope12ChAimelB Ch.initel百度文库-让每个人平等地提升自我图4.2.3 f=4KHZ时仿真图第五章实验结论5.1实验数据记录与分析表5.1.1压控电压源二阶低通滤波器实验数据f/Hz124输入/V0.50.50.5输出/V10.70.4理论上当输入电压0.5v,f2KHZ时输出减小逐渐趋于0。表5.1.2无限增益多路负反馈二阶低通滤波器实验数据f/Hz124输入/V0.50.50.5输出/V10.80.3理论上当输入电压 0.5v,f2KHZ时输出减小逐渐趋于0。误差分析：由于元件标称值与实际值有误差，加之仪

15、器本身的误差，在焊接过程中电烙铁温度很高使得整块电路板很烫可能会影响各元件的性能从而带来一定误差示波 器时由于导线接触不良容易产生干扰。总的来说在误差允许之内，本次实验是成功的。5.1设计体会在拿到题目之初我们进行了细致的讨论，进行了分工合作，每个组员都参与其中， 而我主要负责的是有关电路的设计仿真以及相关数据的计算，参照课程设计的要求， 查阅了诸多相关资料，在小组内部进行讨论分析并敲定方案，在计算数据的时候，因为对一下公式的理解不够透彻，导致计算出错，最后多加查阅相关知识要点学习。 才13百度文库-让每个人平等地提升自我计算正确，并成功的将实验仿真出来，我们立即购买材料，然后进行作品的制作，以 及最后的调试，作品大家一起努力做了出来，虽然遇到了一些困难，但经过我们的努 力最后都克服了。1王港元.电工电子实践指导.江西.江西科学技术出版社，20002康华光.电子技术基础模拟部分.北京.高等教育出版社，20053童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社，20084彭介华.电子技术实验与课程设计.北京.高等教育出版社，2003附录一芯片介绍:产品型号：LM324N.概述与特点LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作，但亦可在双电源条件下工作。本电路在家用电器上和工业自动化及光、