二阶有源低通滤波器LPF
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。
二阶有源滤波器设计1
+ R4 R3
+
uo
1 fo = 2RC
Q=0.707
1 fo = 2RC
Q=0.707
R1=R/2Q R2=2QR
Aup=1+R4/R3 R1=R2=R, Aup=3-1/Q=1+R4/R3 R4=R3（2-1/Q）
二阶有源滤波器的设计参数设计
查表设计法
表4
Aup R1 R2 R3 R4
二阶有源压控高通滤波器电路对应的元件元件值 1
为f=0时放大倍数
R3 + C2 R2 +
Vcc Vcc
1 fo = 2 R2 R3C1C2
Q=
R1 C1
+ R2 R3 / R1 + R3 / R2 + R2 / R
+
R5
∞
+ + uo -
R3起什么作用？ 起正反馈作用，提高Q值
-
二阶有源滤波器的设计
R1 R3 + C2 R2 +
R4 Aup = 1 + R5
o
取R4=R5，C=C1
1 R2C 2 ( R1 + R3 )
R3 Aup = 2R1
o
C = C1
1 fo = 2
fo Q= 或 （BW ≤o时） BW BW
1 fo = 2
1 C 2 R1 R2
Q可取4、5、6、8、10）
Q可取5、6、7、8、10）
(压控)电路元件值（Q=4）
二阶有源滤波器设计方法
在滤波器设计时，通常给定的设计指标： 截止频率fo、通带内增益Aup及滤波器品质因数Q （二阶通常取0.707） 仅有fo、Aup、Q这三个值求电路中所有的的RC值 是相当困难的 例如：二阶压控低通滤波器 1 R4 o = Aup = 1 + R3 R1R 2 C1C2
二阶压控电压源低通滤波器
二阶压控电压源低通滤波器本文主要介绍了二阶压控电压源低通滤波器, 低通滤波器是一种典型的选频电路，在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率，对滤波器的基本要求是：（1）通带内信号的衰减要小，阻带内信号的衰减要大，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恒为常数，以便于阻抗匹配。
本滤波器主要用于限制信号于一定频率内通过.主要芯片为UA741运放器.在制作过程中运用到了protel,EWB等软件,用来制作电路板和设计的仿真计算等.引言滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。
滤波器已大量渗入现代技术中。
很难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。
在现代通信和信号处理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一些例子而已低通滤波器：在低频率规定的范围内才能通过信号，利用这一性质可以滤出干扰频率的信号，留下我们所需的频率高的信号。
它的用途很广泛，比较接近我们生活的有带通滤波器用于有线电视网的终端用户或单向用户处，其功能是用来屏蔽反向带宽，以避免单向用户的信号反馈，从而有效避免了网络中由于单向用户的信号反馈对整个双向网络的噪声影响，有效保证了双向网络的正常工作1 Protel设计技术Protel是Altium公司推出的电路CAD（计算机辅助设计）软件。
Protel DXP是该公司推出的最新一代板级桌面设计系统。
它是第一套基于Windows环境的设计软件，全部设计工具集成于同一环境下，全面支持网上大规模协同设计，使我们设计在更复杂的、多层次的、高频率、高速度、高密度的电路时更加快捷容易。
凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。
滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
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。
低通滤波器的传递函数
低通滤波器的传递函数低通滤波器（Low-PassFilter，简称 LPF）是一种用于实现频率分贝滤波或提速滤波处理的电子滤波器。
它以低通元件（包括电容电阻等）为基础，可产生满足一定频谱要求的回归曲线，从而过滤出特定频率范围以外的信号。
低通滤波器的传递函数是定义低通滤波器特性，也用来表示滤波器的频谱响应的能量分布的数学方程，由此可以表达低通滤波器的输出信号与输入信号之间的关系。
低通滤波器的传递函数一般用于描述滤波器对于某个指定频率输入信号时的响应以及滤波器对不同频率信号的响应情况。
它一般包含一个多项式形式的传递函数，可以描述出神经元放大特性的响应状况，也就是滤波器（LPF）的频率响应曲线。
通过系统传递函数的解析解，可以推导出滤波器对具体输入信号的响应。
滤波器的传递函数有两类：线性传递函数（Linear Transfer Function）和非线性传递函数（Nonlinear Transfer Function）。
线性传递函数指的是输入信号和输出信号之间是线性关系，即输入信号上升或下降比例，输出信号上升或下降也相应比例上升或下降，非线性传递函数则指的是输入信号和输出信号之间存在非线性关系，即输入信号上升或下降比例，输出信号上升或下降不一定比例相应上升或下降，可能会有补偿等变化。
常见的低通滤波器一般由简单的电容电阻元件构成，因此可将低通滤波器的传递函数分解为一系列的简单传递函数，包括：一阶低通传递函数、二阶低通传递函数、三阶低通传递函数、四阶低通传递函数等。
一阶低通传递函数的表达式如下：H(s) = K/(Ts+1)其中：K为传递函数的系数，T表示滤波器的时定时间参数，s 为复变量中的虚部，即电子信号频率的负值。
二阶低通传递函数的表达式为：H(s) = K/[T1T2(s2+2ζs+1)]其中：K为传递函数的系数，T1和T2分别表示滤波器的时定时间参数，s为复变量中的虚部，ζ表示滤波器的阻尼系数。
三阶低通传递函数的表达式为：H(s) = K/[T1T2T3(s3+3ζ1s2+3ζ2s+1)]其中：K为传递函数的系数，T1,T2,T3分别表示滤波器的时定时间参数，s为复变量中的虚部，ζ1和ζ2分别表示滤波器的两个阻尼系数。
二阶有源低通滤波器
二阶有源低通滤波器一、芯片介绍UA741集成运放管脚图及作用图1-1 UA741管脚图UA741管脚图为图1-1, U运算放A741芯片是高增益大器，常用于军事，工业和商业应用这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
第2管脚是负输入端；第3管脚是同相端输入端；第4和第7管脚分别为负直流源和正直流源输入端；第6管脚为输出端；第8管脚是悬空端；第1管脚和第5管脚是为提高运算精度。
在运算前,应首先对直流输出电位进行调零,即保证输入为零时,输出也为零。
当运放有外接调零端子时,可按组件要求接入调零电位器,调零时,将输入端接地,调零端接入电位器, 用直流电压表测量输出电压Uo,细心调节调零电位器，使Uo为零（即失调电压为零）。
如果一个运放如不能调零,大致有如下原因：（1）组件正常,接线有错误；（2）组件正常,但负反馈不够强,为此可将其短路,观察是否能调零。
；（3）组件正常,但由于它所允许的共模输入电压太低,可能出现自锁现象,因而不能调零。
为此可将电源断开后,再重新接通,如能恢复正常,则属于这种情况；（4）组件正常,但电路有自激现象,应进行消振；（5）组件内部损坏,应更换好的集成块。
二、滤波器简介滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。
主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过,对无用信号尽可能大的衰减。
滤波器按照所处理的信号,可以分为：模拟滤波器和数字滤波器；按照信号的频段,可以分为：低通、高通、带通和带阻滤波器四种；按照所采用的原件,也可以分为：无源滤波器和有源滤波器。
用来说明滤波器性能的技术指标主要有：中心频率f0，即工作频带的中心；带宽BW；通带衰减，即通带内的最大衰减阻带衰减等。
常用的低通有源滤波电路有三种,巴特沃思、切比雪夫和贝塞尔滤波电路。
巴特沃思滤波电路的幅频响应在带通中具有最平幅度特性,但从通带到阻带衰减较缓慢。
（1）带通增益 当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为（一）确定传递参数：4二阶低通滤波器的带通增益，=---一” 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
二阶低通滤波器参数计算
二阶低通滤波器参数计算摘要：一、二阶低通滤波器简介1.定义与作用2.滤波器类型及应用场景二、二阶低通滤波器参数计算方法1.截止频率fc的计算2.通带衰减Ap的计算3.阻带衰减As的计算4.阶跃响应特性三、实例分析1.给定条件2.参数计算过程3.滤波器性能分析四、注意事项与优化1.滤波器参数选择原则2.不同应用场景下的参数调整3.滤波器性能的优化方法正文：一、二阶低通滤波器简介1.定义与作用二阶低通滤波器是一种常用的信号处理滤波器，主要用于去除高频噪声和干扰，保留低频信号。
在各种通信、音频、图像处理等领域有着广泛的应用。
2.滤波器类型及应用场景二阶低通滤波器主要有Butterworth、Chebyshev和Elliptic等类型。
不同类型的滤波器在频率响应、通带波动、阻带衰减等方面具有不同的特性，根据实际应用场景选择合适的滤波器类型至关重要。
二、二阶低通滤波器参数计算方法1.截止频率fc的计算截止频率fc是指滤波器通带与阻带之间的边界频率，通常用截止频率来表示滤波器的性能。
计算公式为：fc = R / (2 * π * C)其中，R为滤波器的电阻值，C为滤波器的电容值。
2.通带衰减Ap的计算通带衰减是指滤波器通带内信号的衰减程度，通常用分贝（dB）表示。
Ap的计算公式为：Ap = 20 * log10(A2 / A1)其中，A1为输入信号幅度，A2为输出信号幅度。
3.阻带衰减As的计算阻带衰减是指滤波器阻带内信号的衰减程度，通常用分贝（dB）表示。
As 的计算公式为：As = 20 * log10(A3 / A2)其中，A2为通带内输出信号幅度，A3为阻带内输出信号幅度。
4.阶跃响应特性二阶低通滤波器的阶跃响应特性是指当输入信号为单位阶跃信号时，滤波器的输出信号特性。
阶跃响应特性可以用来评估滤波器的性能，如群延迟、相位响应等。
三、实例分析1.给定条件假设我们需要设计一个二阶低通滤波器，通带衰减为0.1dB，阻带衰减为60dB，截止频率为1kHz。
二阶有源低通滤波器的设计
二阶有源低通滤波器的设计该电路由一个差分放大器和一个低通滤波器组成。
差分放大器用于放大输入信号，低通滤波器则用于实现滤波功能。
下面是二阶有源低通滤波器的设计步骤：1.确定滤波器的性能要求：包括截止频率、通带增益、阻带衰减等参数。
根据实际需要选择合适的数值。
2.选择运放：根据设计要求选择合适的运放，一般常用的运放有理想运放、运放OP07等。
3.计算电阻的值：通过滤波器的通带增益和截止频率来计算电阻的值。
通常情况下，第二级和第三级的电阻值要与第一级的电阻值相等。
4.计算电容的值：根据截止频率来计算电容的值。
一般来说，选择合适的电容值可以使得电路的性能更好。
可以根据实际情况来调整电容值。
5.计算放大倍数：根据通带增益来计算放大倍数。
根据放大倍数来选择合适的运放。
6.绘制电路图：根据上述计算结果和所选择的运放，绘制出滤波器的电路图。
7.进行电路模拟：使用电路模拟软件进行仿真，比较仿真结果与设计要求是否一致。
如果有误差，调整电阻或电容的数值进行优化。
8.组装电路：根据电路图，将电路进行组装。
选择合适的电阻和电容进行焊接。
9.测试电路：将输入信号接入电路，并使用示波器来测量输出信号。
检查输出信号的频率特性和增益特性是否满足设计要求。
10.进行调整：如果测试结果不满足要求，可以通过调整电阻和电容的数值来优化电路性能。
总结：二阶有源低通滤波器的设计是一个系统的工程，需要充分考虑滤波器的性能要求和电路参数的选择。
在设计过程中，可以使用电路模拟软件进行仿真，同时进行实际电路的测试，以确保滤波器的性能达到预期目标。
lpf滤波器算法
lpf滤波器算法
LPF（Low-pass Filter，低通滤波器）是一种滤波器算法，用于过滤信号中高于特定截止频率的频率成分，保留低于截止频率的频率成分。
LPF 常用于信号处理、图像处理、音频处理等领域。
LPF 的基本原理是通过对输入信号进行加权求和来实现滤波。
它的传递函数可以表示为：
H(s) = 1 / (1 + Ts)
其中，s 是复频率，T 是时间常数，决定了滤波器的响应速度。
LPF 的设计可以使用多种方法，其中最常见的是使用模拟滤波器设计和数字滤波器设计。
在模拟滤波器设计中，可以使用巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等滤波器类型。
这些滤波器的设计基于滤波器的阶数、截止频率和衰减要求等参数。
在数字滤波器设计中，可以使用 IIR（无限脉冲响应）和 FIR（有限脉冲响应）滤波器。
IIR 滤波器使用反馈结构，可以实现高阶滤波器，但可能存在稳定性问题。
FIR 滤波器使用直接形式，不存在稳定性问题，但阶数较高时计算量较大。
LPF 的应用非常广泛，例如在音频处理中用于去除高频噪声，在图像处理中用于平滑图像，在通信系统中用于滤除高频干扰等。
总之，LPF 是一种重要的滤波器算法，用于过滤信号中高于特定截止频率的频率成分。
它的设计和应用需要根据具体需求选择合适的滤波器类型和参数。
lpf滤波器设计原理
lpf滤波器设计原理
LPF（低通滤波器）是一种滤波器，它可以通过滤除高于截止频率的信号成分而传递低于截止频率的信号成分。
LPF的设计原理如下：
1. 截止频率选择：确定所需的截止频率，这是LPF滤波器的关键参数。
截止频率决定了滤波器对于高频信号的抑制程度。
通常，截止频率是以赫兹（Hz）为单位给出。
2. 滤波器类型选择：根据设计要求选择适当的LPF滤波器类型。
常见的LPF滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
3. 滤波器设计：根据所选择的滤波器类型和截止频率，进行具体的滤波器设计。
设计过程通常涉及确定滤波器阶数、设计滤波器的传递函数等步骤。
设计可以基于模拟滤波器或数字滤波器的原理进行。
4. 滤波器实现：根据设计好的滤波器参数，可以选择使用模拟电路或数字信号处理器（DSP）等设备来实现LPF滤波器。
模拟电路可以使用电容、电感和放大器等元件构建滤波器，而DSP可以使用数字滤波算法实现滤波器功能。
5. 性能评估：对设计好的LPF滤波器进行性能评估，包括对频率响应、相位响应、幅频特性和群延迟等进行分析和测量。
根据评估结果，可以对滤波器进行调整和优化。
总之，LPF滤波器的设计原理主要涉及截止频率的选择、滤波器类型的选择、滤波器参数的设计和滤波器实现等步骤。
通过合理设计和实现，LPF滤波器可以有效滤除高频干扰信号，提取出所需的低频信号成分。
二阶有源带通滤波器设计及参数计算
滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。
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。
带通滤波器（BPF）（a）电路图(b)幅频特性图1 压控电压源二阶带通滤波器工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
如图1（a）所示。
电路性能参数通带增益中心频率通带宽度选择性此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为：通带中心频率通带中心频率处的电压放大倍数：带宽：设计步骤：1）选用图2电路。
2）该电路的传输函数：品质因数：通带的中心角频率：通带中心角频率处的电压放大倍数：取，则：图2 无限增益多路负反馈有源二阶带通滤波器电路。
完整版二阶有源带通滤波器设计及参数计算
滤波器是一种只传输指定频段信号，控制其他频段信号的电路。
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 网络组成，它拥有体积小、性能牢固等优点，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适用频率的信号，衰减无用频率的信号，控制搅乱和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，所以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办理。
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 相串通，就组成了 BPF ，而 LPF 与 HPF 并联，就组成 BEF 。
在合用电子电路中，还可能同时采用几种不同样型式的滤波电路。
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。
带通滤波器（ BPF ）（ a）电路图(b) 幅频特点图1 压控电压源二阶带通滤波器工作原理：这种滤波器的作用是只赞同在某一个通频带范围内的信号经过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或控制。
典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
如图 1 （a ）所示。
电路性能参数通带增益中心频率通带宽度选择性此电路的优点是改变 Rf 和 R4 的比率即可改变频宽而不影响中心频率。
例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为：通带中心频率通带中心频率处的电压放大倍数：带宽：设计步骤：1 ）采用图2 电路。
2）该电路的传输函数：质量因数：通带的中心角频率：通带中心角频率处的电压放大倍数：取，则：图 2无量增益多路负反响有源二阶带通滤波器电路。
二阶有源低通滤波器(课程设计)要点
目录一题目要求与方案论证 (1)1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器 (1)1.1.1题目要求 (1)1.1.2 方案论证 (1)1.2（实训题题目）波形发生器与计数器 (4)1.2.1题目要求 (4)1.2.2方案论证 (4)二电子线路设计与实现 (6)2.1二阶有源低通滤波器 (6)2.2十位二进制加法计数器电路设计 (7)三结果与分析 (9)3.1二阶有源低通滤波器 (9)3.2二位十进制加法计数器的实现 (10)四总结与体会 (12)参考文献 (13)一题目要求与方案论证1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器1.1.1题目要求设计二阶有源低通滤波器。
要求截止频率f0=1000HZ；通带内电压放大倍数A=15，品质因数Q=0.707。
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）。
有源二阶低通滤波器工作原理
有源二阶低通滤波器工作原理
有源二阶低通滤波器是一种电子电路，通常由一个运放、电容器和电阻器组成。
其主要作用是将输入信号中高于截止频率的部分滤除，只保留低于截止频率的部分。
它的工作原理基于运放的反馈放大作用，通过调整电容器和电阻器的阻抗比，将信号频率进行滤波。
当输入信号通过输入电容器后，运放的反馈回路会将一部分信号再次输入到输入电容器形成相互补偿的作用，从而限制输出信号的频率范围。
以下是有源二阶低通滤波器的一些关键参考内容：
1. 截止频率：有源二阶低通滤波器的截止频率取决于输入电容器和输出电容器以及电阻器的阻值和阻抗比，一般可以通过调整这些参数来控制截止频率。
2. 放大倍数：滤波器放大倍数的大小也可以通过调整运放的增益来控制，通常情况下，增益越高，滤波器的放大倍数也越高。
3. 电容器类型：在选择电容器的类型和值时需要注意，不同的电容器会对滤波器的性能产生不同的影响，例如铝电解电容器具有较大的电感和电阻，会对滤波器的性能产生负面影响。
4. 运放选择：有源二阶低通滤波器中使用的运放可以是单个运放也可以是双电源运放，双电源运放在设计中可以提高滤波器的性能。
5. 滤波器的稳定性：滤波器的稳定性是设计时需要考虑到的因素之一，在电源电压或温度变化时，滤波器的性能可能会发生变化，需要选择较为稳定的元器件来保证滤波器的稳定性。
有源低通滤波器(LPF)
有源低通滤波器(LPF)1 低通滤波器的主要技术指标（1）通带增益Avp通带增益是指滤波器在通频带的电压放大倍数，如图3所示。
性能良好的LPF通带的幅频特性曲线是平坦的，阻带的电压放大倍数基本为零。
（2）通带截止频率fp其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图3。
通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。
图3 LPF的幅频特性曲线2 简单一阶低通有源滤波器一阶低通滤波器的电路如图4所示，其幅频特性见图5，图中虚线为理想的情况，实线为实际的情况。
特点是电路简单，阻带衰减太慢，选择性较差。
图4 一阶LPF 图5 一阶LPF的幅频特性曲线当f = 0时，电容器可视为开路，通带的增益为一阶低通滤波器的传递函数如下，其中该传递函数式的样子与一节RC低通环节的增益频率表达式差不多，只是缺少通带增益Avp这一项。
3 简单二阶低通有源滤波器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RC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。
图6 二阶LPF图7 二阶LPF的幅频特性曲线（1）通带增益当f = 0时，各电容器可视为开路，通带的增益为（2）二阶低通有源滤波器传递函数根据图8-2.06可以写出通常有，联立求解以上三式，可得滤波器的传递函数(3)通带截止频率将s换成jω，令ω0＝2πf0=1/(RC)可得当f=fp 时，上式分母的模解得截止频率：与理想的二阶波特图相比，在超过f0以后，幅频特性以-4 0 dB/dec的速率下降，比一阶的下降快。
但在通带截止频率fp →f0之间幅频特性下降的还不够快。
4 二阶压控型低通有源滤波器（1）二阶压控型LPF二阶压控型低通有源滤波器如图8所示。
其中的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到输出端。
显然，C1的改接不影响通带增益。
图8 二阶压控型LPF 图9 二阶压控型LPF的幅频特性（2）二阶压控型LPF的传递函数对于节点N，可以列出下列方程联立求解以上三式，可得LPF的传递函数上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。
- 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)。
吴晓燕
项目四 扩音器的制作
2.1
2.2 2.3
项目描述 项目资讯
项目实施
2.4
项目评价与总结
4.1 项目描述
在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中， 有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可 分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们 第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组 成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。
理论上在滤波器通带内电压放大倍数 ，上截止频率 ，用波特 图示仪测得 ， 。将电路相关元件参数代入公式计 =1.592kHz， （20lg3=9.542dB），理论计算和 仿真仪器测量结果基本一致。
2. 反相输入低通滤波器电路
（a）电路 （b）幅频特性 图8-2 一阶有源反相输入低通滤波器 图8-2（a）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数 （20lg2=6.02dB），上截止频率 。图8-2（b）为 幅频特性,测量出放大器增益为6dB，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪 器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电 路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一 样的。上述两个电路也可应用“交流分析”法测量它们的幅频特性。
任务4-1 集成运放构成的低通、高通滤波电
路的组建与测试
任务引入
•最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大 级、音调控制级和功率放大级三部分。其中 前置放大级我们第二个项目已经学习了，而 音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同 组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述 。
相关知识
1）滤波电路的基础知识。 2）滤波电路的分类 3）有源滤波器与无源滤波器的特性差别。
8 R
· U
i
· U
o
其中， Auf = 1 + Rf / — R1通带放大倍数
fH = 1/2RC — 上限截止频率
C
归一化 · Au 20lg / dB 幅频特 Auf 性 20 dB /十倍频
0 3 f fH
· A 1 u Auf 1 j f / f H
Au 1 20 lg 20 lg Auf 1 ( f / f H )2 arctan( f / f H )
H
改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。
4.2 有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter)
Rf R1
· A 20lg u / dB Auf · Uo
10
Q=5 Q=2
8
C
C R R
· Ui
0 3
10
Q=1
Q = 0.707
Auf = 1 + Rf / 通带增益： R1 1 fn 2RC
滤波电路 分类： 按处理 方法分
— 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。
硬件滤波 软件滤波
按构成 器件分
无源滤波器 有源滤波器
按所处理 信号分
模拟滤波器 数字滤波器
低通滤波器 按频率 特性分 高通滤波器 按传递 函数分
一阶滤波器 二阶滤波器 : N 阶滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
理想滤波器的频率特性
简易扩音器电路
输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分立元件 的放大电路构成，也可以采用集成运放完成。 音调调整电路:主要完成音频信号的高低音控制，以满足人们对声 音个性化的要求。 功率放大电路:对音频信号进行电压和电流放大，以驱动扬声器发 声，要求功率足够大、失真度要小。 直流稳压电源:为整机提供稳定的直流电压。
布置课堂操作任务
本次课堂训练操作将记录成绩
上页 下页
任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试
第一步 第二步 第三步 搭接一阶、二阶有源低通滤波器； 用示波器观察输入、输出波形。 用波特仪观察幅频特性、相频特性
上页
下页
有源滤波器
（a）电路 （b）幅频特性 图8-1 一阶同相输入有源低通滤波器
20
30 40 1
f / fn Q = 1/(3 Auf) ，电路产生自激振荡 Auf = 3 时， Q ， A u
二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3。
本次任务
• 一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性 测试
• 一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性 测试
知识目标
4.1.2 二阶有源低通滤波器（LPF）
在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级RC低通电路构成了二 阶低通滤波电路。 图8-3（a）中第一级RC低通电 路中的C1的下端没有接地，而 是接到运算放大器的输出端， 目的是在截止频率附近引入正 反馈，使幅频特性得到改善。 该电路的电压放大倍数：
滤波器的特征频率：
图8-3（a）低通滤波器电路图 ，等效品质因数 。
有源滤波器
图8-3（b）Q=0.707 当Rf=5.85kΩ 时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率 的 上截止频率 ，如图8-3（b）所示。
有源滤波器
• 1、理解有源滤波器的构成及分类特点； • 2、熟悉有源滤波器的频率特性。
能力目标
• 1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进 行分析和参数测量； • 2、会对运算放大器构成的高通滤波电路进 行分析和参数测量。
素质目标
• 1、培养学生自学能力与团队合作能力； • 2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提 问的学习习惯； • 3、培养学生良好的沟通交流能力1。
·
二、 二阶 LPF 1. 简单二阶 LPF
Rf
A 20lg u / dB Auf
10 0 –40 dB/ 十倍频
·
R1
8 R R C
U· i
· U P
C
Uo
·
10 20 30 40
1 通带增益： Auf = 1 + R= f/ R 问题：在 f f 1 附近，输出幅度衰减大。
f / fH
20lg Au
·
20lg Au
f
·
20lg Au
f
·20lg Auf Nhomakorabea·
通 阻 低通
阻 通 高通
阻 通 阻 通阻通 带通 带阻
f
4.1 有源低通滤波电路(LPF—Low Pass 1 Filter ) 一、一阶 LPF · Auf U Rf j C Rf o · Au · (1 ) f 1 Ui R1 1 j R1 R fH j C