滤波器课程设计

滤波器课程设计
格物致新厚德泽人
项目：课程设计
学院:信息工程学院
班级:卓越111班
姓名:
学号:
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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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 仿真分析------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 仿真电路---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7实验结果---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 波特图仪显示----------------------------------------------------------------------------------------------- ---7 7实验PCB原理图--------------------------------------------------9
实验结果分析------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 理论计算------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 实验结果比较与分析-------------------------------------------------------------------------------- 11 实验结论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 实验感想----------------------------------------------------------------12
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。

实验要求：
设计一个二阶压控型低通滤波器。

要求：通带增益为2，截止频率为2KHz，可以选择0.01的电容器，电阻的阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，用Multisim仿真软件进行仿真分析，并画出其频率特性曲线。

实验原理：
1、滤波器基础知识简介
按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）几种。

按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。

如果滤波器仅由无源元件（电阻、电容和电感）组成，则称之为无源滤波器；若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等），则称之为有源滤波器。

由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC有源滤波器。

由于集成运放有带宽的限制，目前RC有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MHz。

2、有源低通滤波器（LPF）
低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过，抑制高频分量。

有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础，与集成运放连接而成。

3、二阶压控型低通滤波器
二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。

图1. 二阶压控型低通滤波器原理图
将电容器的接地端改接到运放的输出端，引入了正反馈。

由于在通带内电容器可视为“开路”，因此的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即。

为简化计算，令R2=R3=R，C1=C2=C，根据“虚短”和“虚断”特性以及叠加定理可解得传递函数：
令s=，得滤波器的频率响应表达式：
式中。

令=
由复数概念可解得该滤波器的上限截止频率为
≈1.27
定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f=时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即
Q=
在实际应用中，Q的调节范围为0.5，一般选取Q=1附近的值。

实验设计
本次实验采用上述二阶压控型低通滤波器电路图。

令
≈1.27=1.27
可取，C=0.01，R=2.0223
仿真分析
运用Multisim软件对上述实验设计思路进行仿真分析。

1、仿真电路
运用Multisim绘制的实验电路图如下
图2.实验设计电路图
电路中，XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。

XBP1有两组端口，左侧IN是输入端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输入端的正、负端子；右侧OUT是输出端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输出端的正负端子。

XBP1的IN端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。

2、实验结果
2.1波特图仪显示
运用Multisim中的波特图仪（XBP1）观察二阶压控型低通滤波器的频率特性。

XBP1的设置以及观察结果显示如下：
图3. XBP1的幅频显示1
图4. XBP1的幅频显示2
图5. XBP1的幅频显示3
图6. XBP1的相频显示1
图7. XBP1的相频显示2
根据上述五幅波特图仪的显示可知：
该滤波器呈现低通状态。

在f=1Hz即通带内20lg=6.021dB，的相移为0Deg；在f=时，20lg=6.014dB；在f=10KHz时，20lg=3.012dB，
的相移为-116.141Deg。

2.2实验PCB原理图
实验结果分析
3.1理论计算
由二阶压控型低通滤波器的工作原理分析可知：
通带电压放大倍数=2；
所以，在通频带内，=2，20lg=6.021dB，相移当f==7.874KHz
时，=2，20lg=6.021dB；
当f==10KHz时，=1.4182, 20lg=3.035dB，相移
3.2实验结果比较与分析
通过比较分析波特图仪（XBP1）和理论计算值比较，本次
实验设计在误差范围内可以满足实验要求，设计思路正确合理。

误差分析：
1、实际的集成运算放大器并非是理想的，故
将其看作理想运放来分析存在误差（主要
误差）；
2、电阻与电容的实际参数与标称值不等，存
在微小误差；
3、导线及电路各节点处有微小电阻；
实验结论
1、二阶压控型LPF的幅频特性在f=处会出现抬升现象，此
时正反馈作用最强，使该频段的闭环增益加大；
2、本次实验设计在误差范围内，能够满足实验设计要求。

实验感想
1、由于这次实验时间比较紧，因此老师的指导非常重要。

实
验前老师讲的非常细致，而且老师将实验步骤和实验内容都详细的告诉我们。

因此这次实验我觉得比较简单。

也加深了对知识的理解。

但也比较可惜没时间做出PCB实物。

2、由于我的电脑装的软件有问题，导致花费不少不必要的时
间。

尤其是设计PCB的时候，计算机出问题，导致出不了结果。

幸好有同学的帮助。

3、实验过程中，我体会到，基础知识的重要，各科知识的融
汇贯通。