二阶低通滤波器课程设计报告

课程设计说明书

课程设计名称：模拟电路课程设计

课程设计题目：二阶低通滤波器的设计学院名称：南昌航空大学信息工程学院专业：通信工程班级： xxxxxx班

学号： xxxxxx 姓名： xxxxxx 评分：教师：

2015年 5月 1 日

课程设计任务书

20 14－20 15 学年第 2 学期第 7 周－ 9周

摘要

低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内具有一定幅值和线性相移，而在阻带内幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率相应的放大器。滤波器的阶数越高，幅值特性的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指示，本次设计选用二阶有源低通滤波器。

该电路主要采用了UA741运放，并且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减的通过电路，而通带外的其他信号将受到很大的衰减，从而提高滤波器效率。

关键词：低通滤波器集成运放UA741 RC网络

前言 (1)

第一章课程设计任务及要求 (2)

1.1 课设题目 (2)

1.2 设计内容与要求 (2)

1.3 设计目的 (2)

第二章系统组成及工作原理 (3)

2.1 二阶有源低通滤波器的特点 (3)

2.2 设计原理 (3)

第三章单元电路设计计算与元件选择 (5)

3.1 二阶压控电压源低通滤波的设计 (5)

3.2 二阶无限增益多路反馈低通滤波器的设计 (6)

第四章实验仿真、调试及测试结果分析 (7)

4.1 二阶压控电压源低通滤波 (7)

4.2 二阶无限增益多路反馈低通滤波 (8)

4.3 实验数据记录 (9)

4.4 误差分析 (10)

结论与体会 (11)

参考文献 (12)

附录一 (13)

附录二 (14)

附录三 (15)

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通频率通过，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他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。

第一章课程设计任务及要求

1.1课设题目

二阶低通有源滤波器的设计与制作

1.2设计内容与要求

1.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

2.截止频率fc=2000HZ

3.增益Av=2

1.3设计目的

（1）通带内信号衰减要小，阻带内信号衰减要尽量大，由通带过渡到阻带的衰减特性陡直上升；

（2) 通带内的特性阻抗要为常数，以便阻抗匹配。

第二章系统组成及工作原理

2.1二阶有源低通滤波器的特点

（1）有源低通滤波器：容许底频信号通过，但减弱（或减少）频率高于截止频率的信号通过，而且通带放大倍数和频率特性并不随负载变化而变化。

（2）压控电压源二阶滤波电路的特点：运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。其优点是：电路性能稳定，增益容易调节。

（3）无限增益多路负反馈二阶滤波电路的特点：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的相位相反，元件较少，但增益调节不方便。

2.2设计原理

（1）有源二阶压控滤波器基础电路：

图2.2.1 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为截止频电路的每级RC电路的相移趋于-90，两级RC电路的移相到-180，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。

（2）无限增益多路反馈有源滤波器基本电路：

图2.2.2 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在电路参数不合格时会产生自激振荡。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器电路相同的方式，引入多路反馈，构成反相输入的二阶低通滤波器电路，这样既能提高滤波器电路的性能，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。

第三章 单元电路设计计算与元件选择

3.1二阶压控电压源低通滤波的设计

（1）仿真电路图如下所示：

图3.1

（2）参数计算： 电路的传输函数：11)(2++=L L uo L u s Q

s A s A ，c L s s ω=，其中Q 为品质因数 通带放大倍数：3

41R R A uo += (1) 滤波器的截止角频率：

c c f C C R R πω212

121==，2212111)1(11C R A C R C R Q uo c -++=ω （2） 为了减小输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使：

4321//R R R R =+ （3） 将上述方程与3

41R R A uo +=联立求解，可得： )(214R R A R f += 1

43-=f A R R （4） 令R1=R2=R ，C1=C2=C ；

先取C1=C2=C ，然后计算R1和R2