二阶低通滤波器..

电子电路设计实践

设计题目：二阶低通滤波器

系别：电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气一班姓名：

学号：****** 指导教师：张全禹

时间：2013年4月13日

绥化学院电气工程学院

目录

第一章设计任务与要求

1.1 设计任务

1.2 设计要求

第二章设计方案

2.1 总方案设计

2.1.1 方案框图

2.1.2 子框图的作用

2.1.3 方案选择

第三章设计原理与电路

3.1 单元电路的设计

3.1.1 原理图设计

3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 3.2 元件参数的计算

二阶低通滤波器

3.3 元器件选择

3.4 工作原理

第四章电路的组装与调试

Proteus仿真图

第五章设计总结

附录

元件清单

第一章设计任务与要求

1.1 设计任务

设计一个二阶低通滤波器

1.2 设计要求

截止频率为f = 2KHz

第二章设计方案

2.1 总方案设计

图2.1.1 RC有源滤波总框图

2.1.2 子框图的作用

1.RC网络的作用

RC网络起着滤波的作用，滤掉不要的信号,通常由电阻和电容组成。

2.放大器的作用

电路中运用同相输入运放，输入阻抗高，输出阻抗很低。

3.反馈网络的作用

将输出信号的一部分或全部通过反馈网络(分正、负反馈)返回给输入端。

2.1.3 方案选择

一个理想的滤波器应在要求的通带内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器则一定差异，为此利用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。

用运算放大器和RC网络组成的滤波器可以免除电感的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻

低，提供了一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为10^3Hz~10^6Hz,频率稳定度可做到（10^3~10^5）/摄氏度，频率精度为（3~5）%。

1. 运放

为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增益应在80dB 以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为fh,则运放的单位增益宽带应满足下式：BWG等于（3~5）Aefh。

2. 元器件

从选电容器入，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表2.1.3初选电容值。

表2.1.3 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系

f (1~10)

Hz

（10~102）

Hz

（102~103

）Hz

（1~10）

KHz

（10~103）

KHz

（102~103

）KHz

C (20~10)F （10~0.1）

uF

（0.1~0.01

）uF

（104~103

）pF

（103~102

）pF

（102~10）

pF

第三章设计原理与电路

3.1 单元电路的设计

3.1.1原理图设计

1. 低通滤波器

低通滤波器是用低频信号衰减或抑制高频信号。

如图3.1.1（a）所示，为典型的二阶低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。

图3.1.1（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

图3.1.1 二阶低通滤波器

3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数

该滤波器仅适用于低频范围，根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的。

1. 滤波器的传输函数

表3.1.2.

二阶低通滤波器的传输函数表

2.单元电路性能参数 (1) 低通滤波器

二阶低通滤波器的通带增益

截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特

性的形状。

类型

传输函数

性能参数 低通

——电压增益

——低、高通滤波器的截止角

频率

——带阻塞、带阻滤波器的中心角频率 BW ——带通、带阻滤波器的带宽

高通

带通

3.2元件参数的计算

3.2.1二阶低通滤波器

二阶低通滤波器性能参数表达式为

ω

C 2＝１/（CC

1

RR

1

）

Q=0.707

ω

C /Q=1/R

1

C+1/R

2

C+(1+A

V

)/R

2

C

1

A

V =1+R

4

/R

3

当

23

u p

A

<<

时，Q>1，在处的电压增益将大于u p

A

，幅频特性在处。当u p

A

≥3时，Q=∞，滤波器自激。由于将接到输出端，等于在

高频端加正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高。

参数计算

设定低通滤波器的截止频率为2KHz、品质因数Q=0.707，

设定R1=R2=R,C1=C2=C；又根据截至频率，初步确定电容值

C1=C2=C=0.1U，由

R1=R2=0.796K，R3=R4=4*R=3，184K；

3.3 元器件选择

电阻的选择：根据参数计算得的结果和市场上所出售的请况而选择，见附录清单。

电容的选择：根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。

运放的选择：本电路选择了八管脚的LM358单运放。

其管脚图如下: