二阶低通滤波器(课程设计).doc

实用标准文档

学号08700109

模拟电子技术基础

设计说明书

二阶低通滤波器

起止日期： 2010 年 12 月 24 日至 2010 年 12 月 31 日

学生姓名

班级

成绩

指导教师(签字)

电子与信息工程系

2011年1月2日

目录

第一章电路设计 (1)

1.1集成运算放大器. (1)

1.2二阶低通电路 (1)

1.3课设电路及计算. (3)

第二章所用元器件 (3)

2.1电阻. (3)

2.2电容. (3)

2.3集成运算放大器LM741 (4)

第三章仿真情况 (5)

第四章课设总结 (7)

4.1心得体会. (7)

4.2个人答辩问题 (7)

参考文献 (8)

第一章电路设计

1.1集成运算放大器

图 1 是集成运放的符号图， 1、 2 端是信号输入端， 3、 4 是工作电压端， 5 是输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大器的输入级通常由差分

放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出端。图中标有“+”号的是同相输入端，标有“—”号的是反相输入端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反

之则反相。当集成运放工作在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是：

U p U n U o

（ 1）A

od

式中 A od是运放器的放大倍数，A od是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差

分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。

理想运算放大器的两个重要指标为：

（1）差模输入阻抗为∞；

（2）开环差模电压增益 Aod 为∞。

根据这两项指标可知，当理想运算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为∞，因此在其两个输入端均没有电流，即在图 1 中I1I 20，如同两点被断开一样，这种现象称

为“虚断”。

又因为 A od，根据输入和输出端的关系：U p U n U

o，所以认为运放的同相A od

输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。这种现象成为“虚短”。

“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分析许多运

放电路的出发点。当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不复存在。

图 1 集成运算放大器

1.2二阶低通电路

二阶滤波器基础电路如图 2 所示：

图 2二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 -90 o ，两级RC 电路的移相到 -180 o ，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：

V o (s) A

VF

A( s)

1 (3 - A VF ) sCR ( sCR) 2

V i ( s)

令A0A VF称为通带增益

1

Q称为等效品质因数

3A V F

c

1

称为特征角频率RC

A0 2

则 A(s) c

2 2

s n s c

Q

上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式

注：当3 A

VF 0，即 A VF 3 时滤波电路才能稳定工作。

1.3课设电路及计算

根据本次课设要求，电路工作电压为15V，所以选用LM741芯片作为理想放大器；系统增益

为 0dB，所以将理想放大器反相输入端直接接到输出端，此时电路等效品质因数Q=0.5；系f0 =10kHz，所以选取电容值为10nF，由 R= 1 得此时电阻值为统带宽10KHz，即

2 f 0 c

1.6K 。具体电路图如图 3 所示。

图 3 protel电路图

第二章所用元器件

2.1电阻

采用碳膜电阻器，阻值稳定性较好，阻值范围宽，温度系数较好，成本低，价格便宜。

大小为 1.6K。

2.2电容

采用金属化纸介电容器，体积小，容量可做得大，温度系数大，内部纸介击穿后有自愈作用。大小为 10nF。

2.3集成运算放大器LM741

（1）引脚

共 8 个引脚，其中引脚 2 和引脚 3 分别为反相输入端和同相输入端， 6 为输出端， 7、4 分别接正、负直流电源，1、5 之间接调零电位器，引脚8 为空。

（2）主要技术指标：

参数

LM741

最小典型最大

输入失调电压 1.0 5.0 输入失调电压温漂

输入失调电流20 200 输入失调电流温漂

输入偏置电流80 500 输入电阻0.3 2.0

输入电压范围

大信号电压增益50 200

输入电压幅度+-12 +-14 +-10 +-13

共模抑制比70 90

转换速率0.5

电源电流 1.7 2.8 电源电压+-22

允许功耗+-500

差模输入电压+-30

工作温度范围-55~125