简单二阶低通滤波器设计与仿真
二阶压控型低通滤波器的设计
目录实验目的--------------－－--－--－----------------------－---－---------－------------－-------－---－---－-－-----－－－--－------- 3实验要求--－-－-－--－-------------－----－---－-－---－-－--－------－--－----－－--－---------－－--－--－-－-－-------－------－－-------- 3实验原理------－---------－－－--－－-----－-－----－--－－-----－-－------－-－-－----－--－------－---------－-----－－-－-－－－--------－-- 3滤波器基础知识简介---－--－----------－－-----－--－---------－--－----－--－-－--－----－-－----------------－-- 3有源低通滤波器（LPＦ）--－-－－---------－--－----－－-－--------－--------------－--------－------－-－-－--- 4二阶压控型低通滤波器-－--－-----－-－----－-----－---－－－--------－－－-－-－－-----－--------－-------－－-－-－－ 4实验设计－－-－--------－－------－-－--------------－-－----－－－-----－-－－-----－--－－-－----－---－－-------－－－－--－-－-------－--－--－- ５仿真分析--－-－---－---－--------－－----------－--－-－--－－－-----－－----－-－--－-------－--－－-－------－-－----------－----－-----－--- 6仿真电路----－----－--－----------－－－－------－------－-－--－-－-------－－-------－-----－－-－－--－---－-----－-－--－--－--－-－－---- 6实验结果-----－--－－--－-－-－--－-----－---－----－-－－-－-－--------－----------－----－---－--------－－－－--－－--－-----－------－-－- 7波特图仪显示-－--－－----－---－---－----－------------－－--------------－－－--－－-－－－------－--－------－-－--－-－－-----－－7AＣ交流分析显示-------－---－---------－－－--------－-－-－－------－-－-----－--－-－--－--------------－--－------- ９实验结果分析－-----－---－----－---－-－----－------－--－－－－－---－-－－-－---------------－－------－---－-----－--------－--－13理论计算－-----------－－---－---－-－－-－－－－---－-------－--------－------------－－－-－---－------－------－------－----－----－１3实验结果比较与分析－－－---－－--－----－-－--－-－--------－--－-----－-－-－---－--－----－－--－---------－--－-----－1３实验结论--－----－---－-------－-----－-－-－－－-－-----------－--－---－-------－－-－-－--－-－--－----－-－----－-----－--－－--－--－----－--- 14参考文献－－--－------－－-－----－---－--－-－-－------－--－－--------－－-－---－-----－-－-----－-----－-－----－----－-－---－-------－-－---－14实验目的：1、熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；2、学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；3、学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法;4、学习利用Multiｓim仿真软件进行电路仿真分析。
简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性
简单二阶有源低通滤波器电路及幅频特性为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RCo(1)通带增益当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。
它比一阶低通滤波器的滤波效果更好二阶LPF的电路图如图6所示，幅频特性曲线如图7所示。
1-(2)二阶低通有源滤波器传递函数根据图8-2.06可以写出丄“盘斗丄〕俯二一礎通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数臥)—九…(3)通带截止频率将s 换成j 3,令3 0 = 2n f o=1/(RC)可得当f=fp时，上式分母的模="丿厶I VoZ与理想的二阶波特图相比，在超过fO以后，幅频特性以-40 dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。
但在通带截止频率fp -fO之间幅频特性下降的还不够快。
摘要设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用MultisimIO仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。
关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；MultisimIO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。
从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。
高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。
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EDA仿真软件Multisim1O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。
压控电压源型二阶有源低通滤波电路
摘要：设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。
关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；一：实验内容及要求：设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=100 kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。
二：实验器材软件：Multisim仿真软件。
器材：正弦波信号源（f=200KHz 幅度：1v）,电容两个，电阻四个，集成运放3554AM一个。
三：实验电路对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。
理论计算 根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。
式(2)中，令s=jω，得到二阶低通滤波电路的频率特性为Ao=1+6RfR =1+1=2 通带截止频率fo 与3 dB 截止频率fc 计算如下所以，fc=1.272fo=126.53KHz四 Multisim 分析4．1 瞬态分析从图可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。
电压放大倍数Auf=2。
4.2交流分析从图中可以看出， 3 dB截止频率约为127 kHz。
与理论计算值值基本符合。
4.3参数扫描分析从图可以看出，曲线从下至上对应的电阻RF由100 Ω至1000 Ω幅频特性纵截止频率约为125 kHz。
并且，RF越大，Auf越大，Q越大，幅频特性曲线越尖锐。
在同样的设计截止频率下，Q值的不同对实际截止频率有较大的影响。
4.4傅理叶分析由图可知，输出电压的谐波失真率很小，为 4.61229%，符合实验设计要求。
4.5传递函数分析由图可知，输入电阻Ri=239.44900G，输出电阻Ro=400.3851放大倍数Au=1.99971，符合设计要求.压控电压源二阶低通滤波电路的设计与仿真分析学院：电子信息工程学院年级：2008级专业：自动化学号：00824032姓名：魏文龙完成日期：2012年5月14日参考文献：1黄智伟，《基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》，电子工业出版社，2008年1月2童诗白华成英《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2006年1月3。
二阶有源低通滤波器课程设计
目录一题目规定与方案论证........................................................ 错误!未定义书签。
1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器............................................. 错误!未定义书签。
1.1.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1.2 方案论证................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2（实训题题目）波形发生器与计数器............................................. 错误!未定义书签。
1.2.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2.2方案论证.................................................................................. 错误!未定义书签。
二电子线路设计与实现........................................................ 错误!未定义书签。
2.1二阶有源低通滤波器........................................................................ 错误!未定义书签。
2.2十位二进制加法计数器电路设计.................................................... 错误!未定义书签。
电路基础课程设计实验报告--二阶低通滤波器的设计
一 题目要求与方案论证1.（设计题目）二阶有源低通滤波器 1.1题目要求设计二阶有源低通滤波器。
要求通带边界频率f C =1500Hz ，通带最大衰减3dB,阻带边界频率Hz f s 9000 ,阻带最小衰减30dB ；通带内电压放大倍数A 0=1。
分析电路工作原理，设计电路图，列出电路的传递函数，正确选择电路中的参数。
1.1.2 方案论证（1）：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。
工作原理：二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。
二阶低通滤波器课程设计报告书
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 (2)1.3 课设电路及计算 (3)第二章所用元器件 (4)2.1 电阻 (4)2.2 电容 (4)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：odon p A U U U =- （1） 式中od A 是运放器的放大倍数，od A 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021==I I ，如同两点被断开一样，这种现象称为“虚断”。
又因为∞=od A ，根据输入和输出端的关系：odon p A U U U =-，所以认为运放的同相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。
二阶低通滤波器2篇
二阶低通滤波器2篇第一篇：二阶低通滤波器的原理和应用二阶低通滤波器是一种常用的信号处理器件，它具有滤除高频信号的特点，广泛应用于各种电子设备和系统中。
本文将介绍二阶低通滤波器的原理和应用。
二阶低通滤波器的原理是基于RC电路的原理，它通常由两个电容器和一个电阻器组成。
其中一个电容器和电阻器串联，另一个电容器与串联的电容器与电阻器并联。
通过合理地选择电容器的值和电阻器的阻值，可以实现对高频信号的滤除。
当输入信号频率很高时，电容器对信号的阻抗很小，导致输入信号的流动主要通过电容器和电阻器的串联路径，因此，高频信号将被滤除。
而当输入信号频率较低时，电容器对信号的阻抗较大，导致输入信号流动主要通过电容器和电阻器的并联路径，使得低频信号能够通过。
通过这种方式，二阶低通滤波器能够实现对高频信号的滤波。
二阶低通滤波器的应用非常广泛。
在音频设备中，我们常常会使用二阶低通滤波器来滤除音频信号中的杂音和噪声，从而提高音质。
在通信系统中，二阶低通滤波器可以用于滤除高频噪声，从而提高信号的传输质量。
此外，二阶低通滤波器还广泛应用于信号检测、传感器信号处理、模拟电路的设计等领域。
除了在电子设备中的应用外，二阶低通滤波器还在控制系统中发挥着重要的作用。
在控制系统中，经常需要对输入信号进行滤波来去除高频噪声，以保证系统的稳定性和性能。
通过使用二阶低通滤波器，可以滤除高频噪声对系统造成的干扰，从而提高系统的稳定性和响应速度。
总之，二阶低通滤波器是一种常用的信号处理器件，具有滤除高频信号的特点。
它在电子设备、通信系统、控制系统等领域中都有广泛的应用。
通过合理地选择电容器和电阻器的值，可以根据需要实现不同的滤波效果。
在未来的发展中，我相信二阶低通滤波器将会继续发挥重要的作用，并逐渐被更先进的滤波器所取代，以满足不断发展的信号处理需求。
第二篇：二阶低通滤波器的设计与优化二阶低通滤波器是一种常见的信号处理器件，用于滤除高频信号并提高信号质量。
二阶有源低通滤波器(杨靖平)
2013级《模拟电子技术》课程设计说明书二阶有源低通滤波器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：***指导教师：张松华职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：电气本1302完成时间：2015年6月25日摘要滤波器是一种使有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，无源滤波器较有源滤波器无通带增益但设计简单易行。
从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。
高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。
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和无限增益二阶低通滤波器是有源滤波电路的重要两种电路，适合作为多级放大器的级联。
论文先设计了一种压控电压源二阶有源低通滤波电路，其次并利用 Multisim10 仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果满足设计要求之后，用AD绘制电路原理图，再用AD导入原理图以手工布局和布线为铺完成其单面PCB的设计，最后，在PCB 板安装电路并调试，调试数据与仿真数据大致相同,满足设计要求。
关键词：压控电压源型；二阶；有源低通滤波器；Multisim10；AD目录1 绪论 (1)1.1 设计意义及背景 (1)1.2 设计任务 (1)1.3 设计要求 (1)2 方案选择 (2)2.1 一阶有源低通滤波器电路 (2)2.2 压控电压源型二阶有源低通波电路 (2)3 元器件的选择与电路参数计算 (4)3.1 选择运放 (4)3.2 选择电容器 (4)3.3 计算电阻器阻值 (4)3.4 直流稳压源的设计 (6)3.4.1 变压器的选择 (6)3.4.2 整流器的选择 (6)3.4.3 电容的选择 (6)3.4.5 选择三端稳压器 (7)4 电路仿真 (8)4.1 仿真电路图 (8)4.2 仿真结果 (8)5.1 电路的制作 (10)5.2 直流稳压源的调试 (10)5.3 二阶有源低通滤波器电路调试 (11)5.3.1 调试过程 (11)5.3.3 调试数据分析 (14)5.3.4 误差分析 (14)5.3.5 设计体会 (14)结束语 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录A电路原理图 (19)附录B PCB图 (20)附录C电路板实物图 (21)附录D元件清单 (22)1 绪论1.1 设计意义及背景电子技术是当今科技发展的热点，各先进国家无不把它放在优先发展的地位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二阶低通滤波器部分
1、设计任务
信号放大后，需要进行滤波，滤除干扰，温度信号是一个缓慢变化的信号，在此需要设计出一个截止频率为10Hz 左右的低通放大器。
因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好，故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器，OP07运放特点：OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施，具有低温度漂移特性。
另外，需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度，要求品质因数Q=0.707.
2、电路元件参数计算和电路设计：
根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计，如图3.1所示。
图3.1二阶低通滤波器的基础电路
该电路（1）、传输函数为：)()()(i o s V s V s A =2
F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= （2）、通带增益 ：F 0V A A =
（3）、截止频率：RC
f c π21=其中RC 1c =ω称为特征角频率 （4）品质因数：O A Q -=
31， Q 是f=fc 时放大倍数与通带内放大倍数之比
注： 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。
由O
A Q -=31=0.707得放大倍数586.1==O VF A A 一般来说，滤波器中电容容量要小于F μ，电阻器的阻值至少要Ωk 级。
由RC
f c π21==10Hz,取C=0.5F μ，计算得R ≈31.8Ωk 又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称，可得：R R R A VF 2//)1(11=-
求得：Ω=k R 1.1721
电路仿真与分析：
（1）采用EDA 仿真软件multisim 13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试，从而对电路进行优化。
Multisim 仿真电路图如图3.2所示
图3.2二阶低通滤波器仿真电路图
（2）通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求：
设输入电压有效值为1V
当f=1Hz 时，输出如图3.3所示。
图3.3
由图可知，在通带内有增益585.1==VF O A A ,与理论值1.586相近
当Hz f f c 10==时，输出如图3.4所示。
图3.4
由图可知，当输入信号频率为滤波器截止频率即Hz f f c 10==时，7.0585.1108.1≈==VF VFc A A （其中VFc A 表示截止频率时的电压增益）与理论值0.707相近，故设计符合要求。
（2）、为了进一步验证设计是否符合实验要求，利用multisim 中的波特测试仪测试所设计低通滤波器的幅频特性，如图3.5、图3.6所示。
（结果见左下角）
图3.5频率为591.875mHz 时结果图
图3.6频率为10.069Hz 时结果图
由以上两图知：在通带内幅值，理论上为20*Lg f A =20*Lg1.586=4.006dB,实际为4.004dB;
在Hz f 10 时，理论幅值为20*Lg(1.586*0.707)=0.99dB 与实际相近，可看似相等。
由以上分析可知：该二阶低通滤波器完全符合实验要求。