RC有源滤波器的设计
基于Multisim8的RC有源模拟滤波器的设计和仿真分析
第 4 期
王 龙等: 基于M u ltisim 8 的RC 有源模拟滤波器的设计和仿真分析
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H (S ) =
U o (S ) U i (S )
=
bm S m + Sn +
bm - 1S m a n- 1S n- 1
1
+
+… …+
+ a
b1S 1S +
+
a
b0
0
,
(1)
式中, m ≤n; 一个复杂的传递函数可以分解成几个简单的传递函数的乘积. 上式中, 若n 为偶数, 可分解为n 2
R , 电容的导纳S C. 由分子中不含S 项, Y 1、Y 2 应为电阻元件, 分母中为获得S 2 项, Y 4、Y 3 应为电容元件. 具体
的低通电路如图 2 (1) 所示, 同理高通的传递函数形式为: H (S ) = K S 2 (S 2+ ΑΞ0S + Ξ20) , 分子中含有 S 平方
项, 则要求 Y 1、Y 2 为电容元件, 分母中的平方项, 则要求 Y 3、Y 4 为电阻元件, 其电路形式图 2 (2) 所示. 图 2 中,
( b) 无限增益多路负反馈型: 电路结构如图 3 所示. 和 (a) 分析类 似, 对U ′列 KCL 方程, 得
H (S ) = - Y 1Y 3 [ Y 5 (Y 1 + Y 2 + Y 3 + Y 4) + Y 3Y 4 ],
(5)
和上面分析类似, 分子中不含S 2 项, Y 1、Y 3 均应为电阻, 分母中含有 S 2
1 仿真软件简介
传统的电子线路设计为: 选择设计电路方案、实验、修改、再实验、制板. 其中需反复修改, 直至设计出正 确的电路. 电子仿真技术的使用将实验和修改合二为一, 大大缩短了设计周期. 常用的电子仿真软件有美国 M icroSim 公司的P sp ice、澳大利亚P ro tel T echno logy 公司的P ro tel, 以及加拿大 In teract ive Im age T echno lo2 g ies 公司的EW B 等. EW B 是 In teractive Im age T echno log ies 公司 (简称 IIT 公司) 于1988 年推出的专门用于 电 子线路仿真和设计的 EDA 软件, 并相继推出其 4. 0d 和 5. 0c 版本. 在 EW B 的基础上, 推出了M u lti2 sim 2001, 不仅大大增强了软件的仿真测试和分析功能, 大大扩充了元件库中的仿真器件数目, 而且增加了若 干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型. 与 EW B 相比,M u ltisim 继承了其诸多优点, 并增加了射频 电路仿真功能, 极大地扩充了元件数据库, 新增了元件编辑器, 增加了瓦特计、失真仪、频谱分析仪、和网络分 析仪等新的测试仪表, 而且都允许同时使用. 其元件的连接方式也得到改进, 允许连线任意走向. M u ltisim 8 更是大大提高了67% 的仿真速度, 更为省时的连线操作, 更快的元器件浏览, 更充足的虚拟元件库, 更广泛的 技术支持, 新的最坏情况分析算法等等, 都使M u ltisim 8 成为最新的电子设计和仿真软件. M u ltisim 8 可对 电子系统进行直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、灵敏度分析、噪声分析、温度扫描分析等 15 种分析. 在 RC 有源滤波器的设计中,M u ltisim 8 获得了广泛的应用.
二阶RC有源滤波器的设计
二阶RC有源滤波器的设计二阶RC有源滤波器是一种常用的滤波器电路，它能够实现对输入信号的特定频率范围内的增益或衰减。
在设计二阶RC有源滤波器时，我们需要考虑各种因素，如滤波器类型、频率特性、增益、带宽等。
下面将详细介绍二阶RC有源滤波器的设计过程。
1.确定滤波器类型2.确定截止频率截止频率是指在该频率上信号的幅值相对于其他频率被衰减的程度。
我们需要确定滤波器的截止频率，以实现对所需频率范围内的增益或衰减。
截止频率可以根据具体应用的要求来确定。
3.选择滤波器的增益滤波器的增益与信号在截止频率附近的幅频特性有关。
根据需求，我们需要确定滤波器在截止频率附近的增益大小。
通常情况下，二阶RC有源滤波器的增益可以在0dB到20dB之间选择。
4.计算滤波器的带宽滤波器的带宽是指在该频率范围内信号的幅值不被衰减的程度。
我们需要计算滤波器的带宽，以确定滤波器对所需频率范围内的信号的保留程度。
带宽可以通过截止频率和滤波器增益来计算得出。
5.设计滤波器电路根据上述参数，我们可以设计出二阶RC有源滤波器的电路。
通常情况下，二阶RC有源滤波器由一个有源放大器、两个电容和两个电阻组成。
具体的电路图可以根据滤波器类型和设计要求来确定。
6.进行电路模拟和优化在设计完成后，我们可以使用电路模拟软件进行模拟和优化。
通过模拟，我们可以验证滤波器的性能是否符合设计要求，并根据需要进行电路参数的调整和优化。
7.制作滤波器电路在优化滤波器电路之后，我们可以进行电路的制作和组装。
需要注意的是，尽量采用高质量的元器件来确保滤波器的性能和可靠性。
总结：以上是二阶RC有源滤波器的设计过程。
在设计过程中，我们需要确定滤波器类型、截止频率、增益和带宽等参数，并根据这些参数设计出满足要求的电路。
通过电路模拟和优化，我们可以验证滤波器的性能，并进行必要的调整和优化。
最后，制作出合适的滤波器电路，并确保其质量和可靠性。
RC有源带通滤波器的设计
RC有源带通滤波器的设计有源带通滤波器是一种基本的滤波器电路，它可以选择性地通过一定频率范围内的信号，并且具有放大功能。
在设计有源带通滤波器之前，我们首先需要确定所需的滤波特性和频率范围，然后选择合适的滤波器类型和电路拓扑结构。
有源带通滤波器的一种常见电路拓扑结构是Sallen-Key结构，它由一级和二级滤波器级联组成。
在本次设计中，我们将以二级Sallen-Key 结构作为例子进行说明。
首先，我们需要确定所需的滤波特性和频率范围。
假设我们需要设计一个中心频率为1kHz，通带增益为10倍，带宽为500Hz的有源带通滤波器。
接下来，我们选择合适的滤波器类型，例如巴特沃斯滤波器。
接下来，依据设计要求，我们可以计算出滤波器的品质因子Q和截止频率。
品质因子Q可以通过以下公式计算得出：Q=中心频率/带宽因此，Q=1000Hz/500Hz=2截止频率可以通过以下公式计算得出：fc = 中心频率 / (2 * Q)因此，fc = 1000Hz / (2 * 2) = 250Hz根据所得到的Q和fc值，我们可以选择合适的滤波器元件数值，例如电容和电阻。
在Sallen-Key结构中，我们可以选择两个电容和三个电阻。
接下来，我们可以根据标准的频率响应公式计算电流放大器的增益和频率域特性。
有源带通滤波器的传输函数可以表示为：H(s)=-(s/ωc)*(1/(s^2+s/(Q*ωc)+1/(ωc^2)))其中，s是复频域变量，ωc是角频率。
通过计算得到的传输函数，我们可以绘制出滤波器的幅频响应图和相频响应图。
根据滤波器的幅频响应图，我们可以验证滤波器的增益特性和通带带宽范围。
根据滤波器的相频响应图，我们可以验证滤波器的相位特性。
在设计完成后，我们可以进行仿真和实际测试。
通过使用电子设计自动化(EDA)软件进行电路仿真，我们可以验证设计的性能和预测工作点。
在实际测试中，我们可以通过控制信号源和频谱分析仪来验证滤波器的频率特性和频率响应。
RC有源滤波器(课程设计任务书)
课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称 电子线路课程设计 学生姓名 专业班级 设计题目 RC 有源滤波器设计一、课程设计的任务和目的任务:设计一个RC 有源滤波器。
目的：培养学生综合运用所学知识的能力，综合设计能力，培养动手能力及分析问题、解决问题的能力。
二、设计内容、技术条件和要求性能指标要求：1、设计一个二阶Butterworth Sallen-key 型低通滤波器，要求截止频率KHz f c 2=，增益2=V A ；2、设计一个二阶Butterworth MFB 型高通滤波器，要求截止频率Hz f c 100=，增益5=V A ； 3、设计一个二阶Butterworth 带通滤波器，要求中心频率KHz f 10=，增益2=V A ，品质因数10=Q 。
实验仪器设备：低频信号发生器、实验箱、元器件及工具、双踪示波器、直流稳压电源。
设计内容与要求：1、认真查阅相关文献，写出设计预习报告；2、根据已知条件及性能指标要求，确定电路及元器件参数（以上两步要求在实验前完成）；3、对设计电路进行计算机仿真，验证设计是否正确4、在实验箱面包板上安装电路，并进行调试，使其满足设计要求。
5、所有实验完成后，写出课程设计报告。
三、时间进度安排第1周 周一上午布置设计任务，讲解设计要求，安排答疑、实验时间；周三下午课程设计答疑，其他时间学生查资料，做初步理论设计；第2周 周一交设计初稿，由指导教师审查；周三、四学生进实验室做仿真实验，并根据实验情况修正设计图；周四、五做插接线实验，最后根据实验情况总结、撰写设计说明书。
四、主要参考文献1、电子线路（线性部分）第四版谢嘉奎2、各种版本模拟电子技术教程 3. 集成电路手册指导教师签字：2010 年12 月22 日。
二阶有源低通滤波器中rc参数
二阶有源低通滤波器中r c参数一、引言低通滤波器在信号处理中起着非常重要的作用。
而二阶有源低通滤波器是一种常见且常用的滤波器。
在设计和分析二阶有源低通滤波器时，R C（R es is to r-Ca pa c it or，电阻-电容）参数是需要重点关注和调整的。
本文将围绕二阶有源低通滤波器的RC参数展开讨论和介绍。
二、二阶有源低通滤波器概述二阶有源低通滤波器是一种能够提供二阶滤波效果的电路，它能够将输入信号中高于截止频率的部分滤除，只保留低频部分。
该滤波器一般由放大器及RC组成，其中RC参数对于滤波器的性能影响较大。
三、R C参数的定义与意义在二阶有源低通滤波器中，R C参数分别代表电阻和电容的取值。
这两个参数决定了滤波器的截止频率、滤波器的斜率以及对输入信号的幅频特性进行调整。
具体来说，R C参数的取值将直接影响滤波器的频率响应和幅度衰减。
四、确定R C参数的方法1.确定截止频率：首先需要根据系统的要求以及信号特性来确定所需的截止频率。
2.选择合适的电容值：在给定截止频率情况下，可以选择合适的电容值来满足要求。
一般来说，较大的电容值会使得截止频率较低。
3.选择合适的电阻值：在电容值确定的情况下，可以根据需要选择合适的电阻，以达到所需的滤波效果。
五、R C参数的优化与调整在设计二阶有源低通滤波器时，可能需要根据具体要求对R C参数进行优化与调整。
以下是一些常见的优化与调整方法：1.改变电容值：通过改变电容值来调整滤波器的截止频率或幅频特性。
2.改变电阻值：通过改变电阻值来调整滤波器的斜率或幅频特性。
3.考虑负载影响：在设置R C参数时，需要考虑输入和输出的负载情况，以确保滤波器的性能能够满足实际需求。
六、R C参数的应用案例以下是一个例子，展示了如何根据具体需求确定R C参数的过程。
假设我们要设计一个二阶有源低通滤波器，要求截止频率为10k Hz，可以按照以下步骤进行设计：1.确定截止频率：截止频率为10k Hz。
RC有源高通滤波器课程设计报告完美版
科信学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2012/2013学年第二学期）题目：__ 高通滤波器___ __ _____专业班级：通信工程11级2班学生姓名：吕阳学号：110312230指导教师：马永强、贾少锐、李晓东、付佳设计周数：2周2013年7月5日目录一直流稳压电源1.1电源的设计及要求---------------------------------------------1 1.2基本原理分析-----------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真------------4 二振荡器2.1振荡器的设计及要求-------------------------------------------6 2.2系统工作原理-----------------------------------------------------6 2.3电路设计原理图，实物图,参数计算及仿真--------------6 三滤波器3.1滤波器的设计及要求-------------------------------------------11 3.2系统的设计方案-------------------------------------------------11 3.3系统组成及工作原理-------------------------------------------11 3.4电路设计原理图,实物图，参数计算及仿真-------------12 附录原件清单-------------------------------------------------------17第一章电源设计1.1电源的设计及要求1.11设计任务设计并制作一个±5V直流稳压电源1.12 设计要求1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计和调试能力。
RC有源滤波器实验设计报告(二)
RC有源滤波器实验设计报告(二)
1. 实验目的
本次实验的目的是设计并制作一个RC有源滤波器，通过实验验证其滤
波效果，并深入了解有源滤波器的工作原理和设计方法。
2. 实验原理
RC有源滤波器是一种基于RC滤波器的电路，通过加入一个放大器来增加滤波器的增益和频率选择性。
其基本原理是将输入信号经过一个RC
滤波器，然后再通过一个放大器来放大信号，最后输出滤波后的信号。
3. 实验步骤
1）根据设计要求选择合适的电容和电阻，设计RC滤波器的截止频率。
2）根据放大器的放大倍数和输入阻抗，确定放大器的电路结构和参数。
3）将RC滤波器和放大器连接起来，组成RC有源滤波器电路。
4）使用万用表和示波器对电路进行调试和测试，调整电路参数，使得
滤波器输出符合设计要求。
5）记录实验数据，分析滤波器的性能和特点。
4. 实验结果
经过实验测试，我们成功设计并制作了一个RC有源滤波器，其截止频
率为1kHz，放大倍数为10倍。
在输入一个频率为1kHz的正弦波时，经过滤波器后输出的幅值和相位均符合设计要求。
同时，我们还测试了滤波器对不同频率信号的响应，发现滤波器对高频信号有较好的抑制效果，对低频信号的放大倍数较高。
5. 实验结论
本次实验成功设计并制作了一个RC有源滤波器，通过实验验证了其滤波效果和特点。
同时，我们也深入了解了有源滤波器的设计原理和方法，对于以后的电路设计和实验有了更深入的认识和理解。
RC有源滤波器设计.PPT
（图为压控电压源电路） 第一级的电容C为什么不接地而改接到输出端？
二阶有源低通滤波器的传输函数： Au为电压增益， 截止频率，Q为品质因数。
无限增益多路反馈电路
特点：信号从反相端输入，输出端通过C1、R2两条 反馈支路有倒相作用，元件少。
（4）一阶高通滤波器
（2）由图得fc=100Hz时，C=0.1uF,对应得参数 K=10,
满足式
（3）由Au=5,查表得 K=1时，电阻 R1=1.023K R2=12.379K C1=0.2C=0.02uF
（4）以上电阻值乘以参数K=10得设计阻 值：
R1=10.23K=10K+240 R2=123.79K=120K＋3.9K
（5）二阶高通滤波器 二阶有源高通滤波器的传输函数：
Au为电压增益， 截止频率， Q为品质因数（图为压控电压源电路）
。
无限增益多路反馈电路（p149）
（6）带通滤波器 可通过高通、低通组合而成 条件：低通截止频率高于高通截止频率
带通滤波电路及特性：
（7）带阻滤波器 由低通、高通组合而成 条件：高通截止频率高于低通截止频率
设计2 RC有源滤波器设计
一、学习目的 掌握低通、高通、带通、带阻等最基本二
阶RC有源滤波器的快速设计方法与性能参数的 测试要求。
二、原理 1、滤波器的传输特性 滤波器的功能：让一定频率范围内的信号通 过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
根据频率范围可分为低通、高通、带通、带阻 等四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示。
带阻滤波电路及特性：
三、滤波器快速设计方法
理想滤波器很难实现，只能用实际特性逼 近理想特性，常用的逼近方法有两种： 巴特沃斯（butterworth)滤波器－－最大平坦响应 切比雪夫（chebysher)l滤波器－－等波动响应
基于集成运算放大器的有源RC滤波器分析与设计
3）椭圆滤波器在通带和阻带 等波纹。相比其他类型的滤 波器，在阶数相同条件下通 带和阻带的波动最小。
4）贝塞尔滤波器在通频带范 围内，有近似的线性时延特 性和较平坦的幅度特性，保 证了信号处理的准确性及信 号的无畸变传输，常用作音 频系统ADC输入之前的抗混 叠滤波器以及DAC输出端的 平滑滤波器。
模拟电子技术基础
第四章 集成运放的应用——有
源RC滤波器
西北工业大学·电子信息学院
§6.1 滤波器基本原理 §6.2 有源滤波器 §6.3 开关电容滤波器 §6.4 有源滤波电路总结
西北工业大学·电子信息学院
§6.1 滤波器基本原理
一、滤波器的概念 二、滤波器的分类 三、滤波器的实现 四、无源滤波电路和有源滤波电路
西北工业大学·电子信息学院
一、滤波器的概念
滤波器：有用频率信号通过、无用频率信号被抑制或衰减
滤波电路传递函数定义
uI (t)
滤波电路
uO (t)
A(s)
U&o (s) U&i (s)
s j 时，有 A(j ) A(j ) ej ( ) A(j ) ( )
其中 A(j ) —— 模，幅频响应 ( ) —— 相位角，相频响应
R2 R1
) 1
1 sRC
Au ( s
)
(1
R2 R1
) sRC 1 sRC
西北工业大学·电子信息学院
2. 带通滤波器（BPF）=特定条件下的低通与高通的串联
fH＞fL
3. 带阻滤波器（BEF）=特定条件下的低通与高通的并联求和
O
O
fH＜fL O
西北工业大学·电子信息学院来自4. 二阶压控电压源型(Shallen-key)滤波器的电路实现及工程设计
RC有源滤波器实验设计报告
《RC有源滤波器快速设计》实验报告小组成员：黄文成习灿方丹指导老师: 汤依婷湖北经济学院电子工程系2013．03摘要： 由RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为RC 有源滤波器，其功能是让一定范围内的频率通过，抑制或者急剧衰减频率范围以外的信号。
因受到运算放大器带宽的限制，这类滤波器仅适用于低频范围。
根据频率范围可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。
滤波器的用处非常大，它可以处理信号,虑去无用的干扰信号，使信号满足自己的需要。
如许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
目前，滤波器被广泛用于通信、广播、雷达以及许多仪器设备中。
设计性能指示要求方案（一）一级二阶低通与一级二阶高通级联。
截至频率 Hz f H 3000=,Hz f L 300=, 增益10=V A 阻带衰减速度为-40dB/10倍频方案（二）一级二阶带通滤波器。
中心频率KHz f 10=，增益2=V A ，品质因素10=Q一、方案设计方案（一）实现二阶带通滤波器的电路有压控电压源（VCVS ）电路和无限增益多路反馈(MFB)电路。
如果要求带宽BW 的范围很宽，可采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器相级联，但其阻带的衰减率为-40db/10倍频程，滤波器的带宽由两个滤波器的截止频率所决定。
所以我们选用一个截止频率为300Hz ，增益为2的二阶低通滤波器和一个截止频率为3KHz ，增益为5的二阶高通滤波器。
方案（二）二阶带通滤波器 的性能参数有中心角频率0w 或0f ，0w 对应的增益为v A ，带宽L H f f BW -=，品质因素BW f Q 0=，Q 值越高，滤波器选择性越好，衰减速度越高，但Q 值也不能太高，否则会使电路难以调整，故取10=Q 。
二、电路设计设计步骤：1.根据截至频率c f 选定一个电容C 的标称值（单位uF ），使其满足Cf K c 100= （101≤≤K ）2.设计表中查出与v A 对应的电容值及1=K 时的电阻值，再将这些电阻值乘以参数K ，得到电阻的设计值。
RC有源带通滤波器的设计
题 目 RC有源带通滤波器的设计科 目 现代电路理论RC有源带通滤波器的设计摘要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。
用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。
由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。
本课题研究内容主要是用multisim软件设计仿真有源带通滤波器的二级级联和四级级联方式的电路。
关键词：集成运放；RC网络；multisim软件；有源带通滤波器目录摘要1目录2一本课题内容提要 3二二级串联的带通滤波器 31 设计要求32 基本原理33 设计方案34电路设计与参数计算35 性能仿真分析5三四级串联的带通滤波电路 71 总体方框图71.1 级数选择71.2 元器件的选择72 电路设计分析8四总结 9参考文献 11一、本课题内容提要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。
其优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面；缺点为：但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。
根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四种。
本课题采用低通-高通级联实现带通滤波器。
二、二级串联的带通滤波电路1、设计要求①性能指标要求：△f=3000Hz-300Hz=2700Hz;②通带电压增益：Au=1；③完成电路设计和调试过程。
2. 基本原理带通滤波器(BPF)能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。
RC低通有源滤波器课程设计
将上述电阻值乘以参数K=5，得
=5.63k ， =11.25k ， = =33.76k .
2.3电路的连接与测试：
将电路在面包板上仔细连接好，首先输入信号Vi=100mV，观测滤波器的截止频率Fc以及电压放大倍数Av。
3.电路的工作原理：
二阶压控电压源低通滤波器电路的工作原理就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理，电感器在高频时呈现开路状态，电容器在高频呈现短路状态。对于需要截止的高频，利用电容通高频，电感阻碍高频的方法不使它通过，对于需要的低频，利用电感通低频的特点使它通过。
0.7
0.8
0.85
4.2整流滤波电路
整流二极管D1~D4组成单相桥式整流电路，将交流电压 变成直流电压，在经过电容C滤除纹波，输出直流电压 。 与交流电压有效值 的关系为： =(1.1~1.2) ;每支二极管承受的最大反向电压 =1.414* ；通过每个二极管的平均电流为 =0.5* =0.45* /R。其中R为整流滤波电路的负载电阻，为C提供放电回路，放电时间满足：RC>(3~5)T/2,T为50Hz交流电的周期，即20ms。
4.实验原理：
4.1
直流稳压电源基本电路由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路三部分构成。
对电源变压器，它是将220V交流电V1转化成整流滤波电路需要的V2。变压器副边与原边的功率比 / =η。
一般小型变压器效率见表：
一般小型变压器效率
副边功率 /VA
<10
10~30
30~80
80~200
效率η
0.8
电路虽然简单，但是真正在面包板上连接的时候，则会出现各种各样的问题，通过这次实验使我懂得了，遇到问题时，只有认真冷静的分析与思考，才能发现问题的所在。还懂得了要善于与同学老师交流，通过合作的力量才能取得更多更好的结果。
四阶RC有源带通滤波器的设计
Abstract : It is get ting far and wide using t he filter s in t he elect ro nic circuit . U sing t he band2pass filter s is t he mo st in using t he filters. This paper p ropo ses making RC fo ur2stage active band2pass filters wit h less element s and it s pertaining co nvenient p rodultio n met hod ,and t he t ransfer f unctio n and cent re f re2 quency parameter are deduced in particular . The experiment error of t he amplit ude f requency character2 istic is less and t here are steady and uniform gain in t he bandwidt h. Key words : band2pass filter ;t ransfer f unctio n ;cent re f requency
Vol . 25 No . 4 J ul . 2007
四阶 RC 有源带通滤波器的设计
郭农斐1 ,袁放成2
( 1. 泉州黎明大学 电子工程系 ,福建 泉州 362000 ;2. 泉州师范学院 理工学院 ,福建 泉州 362000)
摘 要 : 在电子电路中滤波器的应用越来越广泛 ,带通滤波器是滤波器中应用最多的一种 . 文章设计的四 阶 RC 有源带通滤波器元件少 ,制作方便 ,并对设计的带通滤波器的传递函数及中心频率等特性参数进行了详 细的推导 ,由幅频特性测试得到实测的中心频率误差较小 ,在通带内具有均匀而稳定的增益 .
RC有源带通滤波器的设计
RC有源带通滤波器的设计有源带通滤波器是一种结合了有源和带通滤波器两种技术的电路设计。
有源滤波器使用了一个或多个放大器来增强滤波器的性能。
带通滤波器则是一种能够通过选择特定频率范围内的信号而阻断其他频率的滤波器。
有源带通滤波器的设计旨在实现对特定频率范围内信号的放大和通过，同时阻断其他频率的信号。
有源带通滤波器可以通过各种电子设备实现，包括操作放大器和其他被动电子元件。
在设计过程中，需要考虑滤波器的增益、带宽和频率响应等参数。
首先，确定需要通过的频率范围。
这可以根据需要来确定，例如需要通过500Hz至2kHz范围内的信号。
确定了频率范围后，可以计算出滤波器的中心频率，即带通滤波器应该放大的频率。
例如，在500Hz至2kHz范围内，中心频率可以设定为1.25kHz。
其次，根据中心频率和所需带宽，可以计算出带通滤波器的质因数。
质因数是一个用于衡量带通滤波器频率选择性能的指标，计算方法为中心频率除以带宽。
例如，对于1.25kHz的中心频率和200Hz的带宽，质因数为6250。
然后，根据质因数可以选择适当的有源滤波器电路。
常见的有源滤波器电路包括多级滤波器、巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
这些电路各有优缺点，选取时需要综合考虑滤波器的性能要求和设计复杂度。
在选取了适当的有源滤波器电路后，可以根据所选电路的参数进行配置和调整。
这包括放大器的增益和频率响应等参数。
可以使用模拟电路设计软件来模拟和优化滤波器的性能。
完成电路设计后，需要制作滤波器的原型进行实际测试。
可以使用示波器和信号发生器等仪器来测试滤波器的频率响应和滤波效果。
根据测试结果，可以对电路进行调整和优化，直到满足设计要求。
最后，可以考虑增加其他功能和特性来进一步优化滤波器的性能。
例如，可以加入自动增益控制（AGC）电路来实现自动调节放大器增益，以适应不同输入信号的变化。
总之，有源带通滤波器的设计是一个综合考虑频率范围、中心频率、带宽、滤波器电路和性能要求等因素的过程。
RC有源滤波器设计
RC有源滤波器设计有源滤波器是一种利用放大器来增强滤波性能的滤波器。
在有源滤波器中，放大器起着放大和调整信号的作用，从而增加滤波器的增益和频率响应的可调性。
有源滤波器通常由三个基本部分组成：输入网络、放大器和输出网络。
输入网络用于调整输入信号的阻抗和频率响应，放大器用于放大输入信号，输出网络用于进一步调整信号的阻抗和频率响应。
通过合理设计这三个部分的参数，可以实现不同类型的滤波器功能。
有源滤波器有许多种类，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
设计有源滤波器的关键是选择合适的放大器类型、电路拓扑和参数，以满足所需的滤波特性。
在设计有源滤波器时，首先需要确定滤波器的频率响应。
这可以通过在频域中绘制出滤波器的理想传递函数来实现。
然后，根据所选择的放大器类型和电路拓扑，选择适当的放大器参数。
可以通过计算或仿真来确定这些参数。
接下来，需要根据设计要求选择合适的电阻、电容和电感元件值。
根据放大器和电路拓扑的特性，合理选择这些元件的数值，以实现所需的频率响应和滤波特性。
在设计有源滤波器时，还需要考虑放大器的增益和稳定性。
增益可以通过调整放大器的放大倍数来实现，而稳定性可以通过添加合适的反馈回路和补偿电路来保证。
这可以提高滤波器的性能和可靠性。
最后，在设计完成后，需要通过实验或仿真来验证滤波器的性能。
可以使用信号发生器和示波器来提供输入信号和测量输出信号的频率响应和增益。
根据实验结果，可以进行必要的调整和优化，以满足设计要求。
总之，有源滤波器设计是一个复杂的过程，需要综合考虑放大器类型、电路拓扑、元件数值和电路参数等因素。
通过合理选择和调整这些参数，可以实现所需的滤波特性和性能。
设计者需要具备一定的电路理论知识和实践经验，以确保设计的正确性和可靠性。
RC有源滤波器的设计总结
RC有源滤波器的设计总结一、滤波器的基本原理二、滤波器的设计步骤1.确定滤波器的性能指标：包括截止频率、增益和滤波器的类型（低通、高通、带通或带阻）。
2.选择放大器的类型：根据应用需求选择适当的放大器类型，如运算放大器。
3.计算电容和电阻的数值：根据所选的截止频率和放大器的增益计算所需的电容和电阻值。
4.选择合适的电容和电阻：根据计算得到的数值选择最接近的电容和电阻。
注意选择的元件的质量和性能。
5.确定放大器的配置：根据所需的滤波器类型选择合适的放大器配置。
可以使用非反相放大器、反相放大器等。
6.进行性能测试和调整：完成设计后，对滤波器进行性能测试并进行必要的调整，确保滤波器的工作正常。
三、设计注意事项1.设计滤波器时要考虑信号幅度和频率的变化范围。
2.要注意选择合适的滤波器类型，以满足特定的应用要求。
3.选择合适的放大器类型和配置可以减小滤波器的失真和噪声。
4.注意电容和电阻的选取，要选择合适的阻值和容值，以满足滤波器的要求。
5.在实际使用中，要注意电容和电阻的耐压和功率等参数，避免超出其额定值。
四、应用领域和优势1.灵活性：RC有源滤波器可根据需要调整和改变滤波器的参数，适应不同的应用需求。
2.低成本：RC有源滤波器所需的元件成本相对较低。
3.精确性：RC有源滤波器可以提供较高的滤波精度和准确性。
总之，RC有源滤波器设计是一项复杂而重要的任务。
正确选择和配置放大器、电容和电阻是设计成功的关键。
合适的滤波器可以有效去除信号中的噪声和不需要的频率成分，提高系统的性能和可靠性。
在设计过程中要注意各种参数的选择和计算，并进行适当的测试和调整，以确保滤波器的工作正常。
RC有源滤波器在通信和音频设备等领域具有广泛的应用和明显的优势。
二.二阶RC有源滤波器的设计—— MultiSim仿真
湖南人文科技学院毕业设计二阶RC有源滤波器的设计报告滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。
有源滤波器是由集成运放、R、C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频率限制，这种滤波器主要用于低频范围。
设计几种典型的二阶有源滤波电路：二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器、二阶有源带通滤波器，研究和设计其电路结构、传递函数，并对有关参数进行计算，再利用multisim 软件进行仿真，组装和调试各种有源滤波器，探究其幅频特性。
经过仿真和调试，本次设计的二阶RC有源滤波器各测量参数均与理论计算值相符，通频带的频率响应曲线平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，衰减率可达到|-40Db/10oct|,滤波效果很理想。
1965年单片集成运算放大器的问世，为有源滤波器开辟了广阔的前景；70年代初期，有源滤波器发展引人注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。
由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20kHz左右，经过补偿后，工作频率也限制在100kHz以内。
1974年产生了更高频的RC有源滤波器，使工作频率可达GB/4（GB为运放增益与带宽之积）。
由于R的存在，给集成工艺造成困难，于是又出现了有源C滤波器：就是滤波器由C和运放组成。
这样容易集成，更重要的是提高了滤波器的精度，因为有源C滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关。
由RC有源滤波器为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大，Q值小的缺点。
但它仍有许多课题有待进一步研究：理想运放与实际特性的偏差的研究；由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进，单片集成有待进一步研究；应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索；元件的绝对值容差的存在，影响滤波器精度和性能等问题仍未解决；由于R存在，集成占芯片面积大，电阻误差大（20%～30%），线性度差等缺点，使大规模集成仍然有困难。
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目录RC有源滤波器的设计 (1)1. 设计目的 (1)2. 设计原理和指标 (1)3. 设计要求 (2)4. 参数确定 (3)4.1 二阶低通滤波器参数的确定 (3)4.2 二阶高通滤波器参数的确定 (5)4.3 工作原理 (7)5. 电路图的设计 (7)5.1 二阶低通滤波器电路图 (8)5.2 二阶高通滤波器电路图 (9)5.3 二阶带通滤波器电路图 (10)6 电路的安装 (10)7 调试与测试 (10)7.1 调试前的检查 (11)7.2 调试方法与原则 (11)7.2 调试中注意的事项 (12)8 实验设计总结与感悟 (13)附录 (14)参考文献 (15)RC有源滤波器的设计1. 设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性2. 设计原理和指标有源滤波电路是指滤波电路中除了使用R、C等元件外，还应用了集成运放等有源滤波电路。
滤波电路的作用是选出有用频率的信号，使一定频率范围的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围之外的信号衰减很大。
通常称可以通过的频率范围为通带，不能通过的频率为阻待。
通带和阻带的界限频率称为截止频率。
(1) 低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH =2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；图1低通滤波器电路图(2) 高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL =100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；图2高通滤波器电路图(3) 带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。
图3带通滤波器电路图3. 设计要求（1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；（3）测量技术指标参数。
4. 参数确定4.1 二阶低通滤波器参数的确定常用的有源二阶低通滤波器电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈有源二阶低通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS ）有源二阶低通滤波器电路。
本文主要介绍压控电压源（VCVS ）有源二阶低通滤波器。
具体电路如图1所示，信号从运放的同相端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小， 图4运放A 和R1 、Rf 组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源LPF 。
优点是电路性能较稳定，图4压控电压源有源二阶低通滤波器增益容易调节。
这种滤波器的传递函数为：21212212112212111)1(111)()()(C C R R s C R A C R C R s R R C C A s U s U s A uo uoi o u +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++==222c cc uo s Qs A ωωω++=（1）在上式分母中，由于s 为二次幂，故称为二阶LPF 。
其中，截止频率为：21211C C R R c =ω （2）即： 212121)(21C C R R f c π=（3）通带增益为：341R R A uo += （4）1212111)1(11C R A C R C R Quo c-++=ω （5） Q 称为滤波器的品质因数，由以上四式可知，当按比例调节R1、R2或C1、C2时，可以改变c ω的值，但对Q 和Auo 的值没有影响，为了使幅频特性不出现凸峰，Q 通常取0.7。
图4电路的复数频率特性为：c cuouQ j A A ωωωω⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=112c c uof f Q j f f A ⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=112（6）对数幅频特性为：222111lg20lg20⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c c uou f f Q f f A A （7） 当Q =21时，根据上式作出的幅频特性曲线 ，如图5所示。
由(6)式可知，当f = fc 时，模cf f uA == Q · Auo ，当Q =21时，cf f uA == 0.707 · Auo ，此时通带幅频特性最平坦，且电路工作时较稳定； 当f < fc 时，uA ≈ Auo ，为通带放大倍数；当f > fc 时，幅频特性以 -40dB/十倍频的速率衰减，比一阶低通滤波器的特性好的多；20若Q >21， 则 - 40dB/十倍频cf f uA =>0.707 · Auo ，此时通带幅频特性将出现凸峰。
根据20022000/)()()(ωωω++==Q s s A s U s U s H if0=0.37fp有 R1=Rf Rc=0.00003 取 R1=1K C=0.1UF所以RF=1K,R=0.3K.4.2 二阶高通滤波器参数的确定高通滤波器是一种用来传输高频段信号，抑制或衰减低频段信号的电路。
滤波器的阶数越高，幅频特性越接近理想高通特性。
常用的有源二阶高通滤波器电路有两种形式：一种是无限增益多路负反馈有源二阶高通滤波器电路；另一种是压控电压源（VCVS ）有源二阶高通滤波器电路。
下面主要介绍压控电压源（VCVS ）有源二阶高通滤波器。
具体电路如图6所示。
图6 压控电压源有源二阶高通滤波器该电路的传递函数为：21211122122211)1(11)(C C R R s C R A C R C R s s A s A uo uo u +⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+++=22c cuo s Qs s A ωω++=（8）其中： 341R R A uo += （9） 21211C C R R c =ω （10）112221)1(111C R A C R C R Quo c-++=ω （11） 图6电路的复数频率特性为：ωωωωc c uouQ j A A ⋅-⎪⎭⎫⎝⎛-=112f f Q j f f A cc uo⋅-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=112（12）对数幅频特性为：222111lg20lg 20⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=f f Q f f A Ac c uou （13）当Q =21时，根据上式作出的幅频特性 uouA A lg20 dB 曲线如下图7所示.由图7可知，fc 为转折频率，当f < fc 时， 随着频率的加大，特性曲线按+40dB/十倍频的速率上升。
该滤波器可以对频率小于fc 的信号进行抑制。
cf f图7有源二阶高通滤波器的幅频特性曲线4.3 工作原理滤波电路是一种能使杨浦用频率通过，同时抑制无用成分的电路。
滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。
有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。
由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。
有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。
低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路。
5. 电路图的设计EWB 软件介绍EWB 的全称为Electronics Workbench （电子工作台），它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。
EWB 是一种优秀而易学的WDA （电子设计自动化）软件，与其他仿真分析软件相比，EWB 的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。
他几乎能对”电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验，虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。
他还能进行实际无法或不便进行的试验内容，通过储存和打印等方法可精确记录器实验结果。
它提供十多种电路分析功能，能仿真电路实际工作状态和性能。
应用EWB，便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。
5.1 二阶低通滤波器电路图图8其中R1=1 kΩ R=300Ω RF= kΩ C=0.1μF电源电压为100Mv/60 Hz其上限截止频率为12HfRCπ==1690 Hz仿真后得到幅频特性曲线为图95.2 二阶高通滤波器电路图图10其中R1=200Ω R2=R3=570Ω RF=800Ω C=1μF 电源电压为100Mv/60Hz其上限中心频率为12HfRCπ==77 Hz仿真后得到幅频特性曲线为图115.3二阶带通滤波器电路图图126电路的安装用烙铁把买来的原器件安装在万能版上万能版如右图3.10所示图13（万能版）7调试与测试实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。
这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。
然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。
因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。
调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。
7.1调试前的检查在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。
其检查内容包括：检查连线是否正确检查的方法通常有两种方法：按照电路图检查安装的线路。
这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。
按照实际线路来对照原理图电路进行查线。
这是一种以元件为中心进行查线的方法。
把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。
其中741芯片引脚如图图14为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。
检查元器件的安装情况检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。
7.2 调试方法与原则（1）通电观察把经过准确测量的电源接入电路。
观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。
（2）静态调试交流和直流并存是电子电路工作的一个重要组成部分。
一般情况下，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。
因此，电子电路的调试有静态和动态调试之分。
静态调试过程：如，通过静态测试模拟电路的静态工作点，数字电路和各输入端和输出端的高低电平值及逻辑关系等，可以及时发现已损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，使电路工作状态符合设计要求。
（3）动态调试调试的方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，并循着信号流向来检测各有关点的波形，参数和性能指标。