实验十一 有源滤波器2

实验十一有源滤波器2
学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程
姓名：刘晓旭
学号：2011117147
一．实验目的
1.掌握有源滤波器的构成及其特性
2.学习有源滤波器幅频特性的测量方法
二．实验仪器
数字示波器，信号发生器，交流毫伏表，直流电源
三．实验内容
1.设计一个二阶压控电压源低通滤波器。

截止频率为2KHz,电压增益为
2.
解：已知截止频率为2KHz,所以
f
原理图中电阻R 3=R 4=7.9577K Ω≈8K Ω;又通带增益为A=2，电路采取
的是同相输入，则A=1+R 2/R 1=2，故R1=R2，为使集成运放两个输 入端对地的电阻平衡应使R1//R2=2R=16k Ω，则R1=R2=32 k Ω，根据元 件库可选R1=R2=32k Ω。

电路中使用741运放，并用正负12V 直流电源 供电。

交流电压源发出幅值为1V 的正弦波，两个8k Ω的电阻R1、R2及
两个10nF 的电容C 1、C 2构成低通环节。

R 3、R 4构成放大环节，即构成
二阶压控低通滤器。

仿真图如下图所示：
利用Multisim11对上述设计电路图进行仿真分析,
(1)根据示波器波形及读数得出放大倍数A 如下图：
由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为2.0，符合幅度增益要求。

（2).选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频
率扫描范围为：1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图：
由上图可得,将光标置于放大倍数为1.414（实际上在1.4956）处，对应的截止频率是2.0396KHz，很接近设计要求指标2KHz，误差较小，可以符合设计电路符合要求。

2.设计一个二阶无限增益多路反馈高通滤波器。

截止频率为100Hz，增益为5.
解：电路原理图如下图所示：
该电路的传输函数为:
2
c
2
2
0)(A C
u u Q
s s A s ωω++
=
归一化传输函数为：
其中： s
s c
L ω=
,通带增益： 3
1
C C A uo -
= 截止频率： 2
32121C C R R fc π=
品质因数：2
321
)
321(R C C R C C C Q ++=
因为增益为5，所以3
1
C C A uo -
==5，故令C 1=50nF,则C 3=10nF 因为截止频率为100Hz ，所以2
32121C C R R fc π==100Hz ，令
R 1=10K,C 2=10nF 可以求得，R 2=140k 电路仿真原理图如下所示：
(1)根据示波器波形及读数得出放大倍数A如下图：
由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为5.0，符合幅度增益要求。

（2）.选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频率扫描范围为1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图：
由上图可得,将光标（置于放大倍数为1.414（实际上在1.4271）处，对应 的截止频率是100.8972Hz ，很接近设计要求指标100Hz ，误差较小，可以符
合设计电路符合要求。

3.设计一个压控电压源带通滤波器，中心频率为1000Hz,电压增益为2，品质因 数为10.
解：该带通滤波器使用单个有源运算放大器u741接成电源供电方式，易于实现。

令C=C 1=C 2,R 是R 1 ， R 2并联值，则有 R=R1//R2
品质因数等于中心频率除以带宽
R
R BW f Q c 3
2
1
===10 可以让R3的值远大于R 的值来获得较大的品质因数，品质因数越大，选择
性越好，带宽越小。

它的中心频率C
RR f c 321π
=
=1000Hz,
电压增益A=-R 3/2R 1=2 令C=C1=C2=50nF,R3=6.4k 则得到，R1=1.6K ，R2=161K 电路仿真原理图如下图所示：
(1)根据示波器波形及读数得出放大倍数A如下图：
由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为2.0，符合幅度增益要求（2）.选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频率扫描范围为：1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图：
由上图可得,将两处光标分别置于放大倍数为 1.414（实际上在 1.4132和1.4062）处，对应的截止频率分别是618Hz和1.619kHz，很接近设计要求指标1000Hz，误差较小，可以符合设计电路符合要求。

4.设计抑制50Hz工频的陷波器，要求Q>=10,电压增益〉=1。

解：本次设计采用双T 型陷波器，其主体包括三部分：选频部分，放大器部分，反馈部分。

此陷波器具有良好的选频特性和品质因数。

其中品质因数)
1(41
5
45
R R R Q +-=
K=R5/(R4+R5) 当R5/(R4+R5)时，其Q 值最高，此时BW 接近于0。

但是实际过程中，Q 值不能过大，否则会引起电路不稳定。

其中心频率的计算公式为：
RC
f π21
=
本次设计要求去除50Hz 的工频信号，所以RC=1/314，令R 3=32Ω,则C=100nF 带宽越小越好，取f H >=51Hz f L <=49Hz 可得BW=4（1-K ）f 0<=2,则Q 〉25 即K 〉0.99 R 5〉99R 4 ，所以取R 4=500Ω，R 5=100K 电路仿真原理图如下：
根据示波器波形及读数得出放大倍数A 如下图：
由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为1.0，符合幅度增益要求，可以通过改变阻值，来改变其电压增益。

选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频率扫描范围为：1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图：
由上图可得,将两处光标分别置于放大倍数为 1.414（实际上在 1.4078和1.4068）处，对应的截止频率分别是50Hz和49kHz，很接近设计要求指标50Hz，误差较小，可以符合设计电路符合要求，选频特性良好。