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。电子技术是电气类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。想要很好的掌握电子技术，除了掌握基本理论之外还要将其运用到实践中去，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。

滤波器是信号处理的重要单元,在现代电子技术中得到了广泛的应用。按处理信号的不同,滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器,模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器是指网络由电阻、电容及有源器件(三极管、运算放大器等,通常是运算放大器) 构成。因为不用电感元件,所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。有源滤波器有许多独特的优点,如设计标准化、模块化、易于制造等。由于运算放大器的增益和输入电阻高、输出电阻低,所以能提供一定的信号增益和缓冲作用。并可用简单的级联得到高阶滤波器,且调谐也很方便。有源滤波电路的用途很广,主要用于小信号处理,可作为抑制干扰、噪声、衰减无用频率信号而突出有用频率信号达到提高噪声比或选频的目的。在实际应用中,综合考虑电路滤波特性和信号增益,一般选用有源滤波器,因此,研究其设计有很大的实际意义。

1.2 设计任务

设计一种二阶RC有源低通滤波器电路,截止频率100Hz，通带内增益3

2

~倍。

1.3 设计要求

1、电路截止频率100Hz；

2、通带内增益3

2倍；

~

2 方案选择

2.1 一阶有源低通滤波器电路

它由一节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。对于任意频率信号，R的阻值是恒定的，而C的容抗与信号频率有关，信号频率越低，阻抗越大；反之，阻抗越小。R 和C串联，从C的两端取电压，相当于一个分压器，这个分压器与普通电阻分压器不同的是，C的容抗是随频率变化而变化的。频率越低，C的容抗越大，输出的电压越高（最大不超过输入电压）；频率越高，C的容抗越小，输出的电压越低，这也就是一阶有源低通滤波器能够滤除高频信号的原因。电路原理图如图1所示。

图1 一阶有源低通滤波器电路

2.2 压控电压源型二阶有源低通波电路

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＞＞f H时（f H为截止频率），电路的每级RC电路的相移趋于-90º，两级RC 电路的移相到-180º，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。电路原理图如图2所示。