有源低通滤波器

引言

模拟电子技术课程设计是一门独立设课、有独立学分的实践性课程，同“模拟电子技术”理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在“模拟电子技术实验”课的基础上，进一步深化的实践环节。其主要目的是通过本课程，培养、启发学生的创造性思维，进一步理解电子系统的概念，掌握小型模拟电子系统的设计方法，掌握小型模拟系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。基本任务是设计一个小型模拟电子系统。

目录

引言 (1)

模拟电子技术课程设计任务书 (3)

长沙学院课程设计鉴定表............................. 错误！未定义书签。一电路原理及其介绍. (4)

1. 什么是滤波器 (4)

2. 什么是低通滤波器 (4)

3. 有源低通滤波器的运放 (4)

4. 实验的要求和目的 (5)

5. 模拟电子电路的设计流程图 (5)

6. 电路设计的一般步骤 (5)

7. 电路原理 (6)

二电路的参数 (7)

1. 参数的要求 (7)

2. 参数的要求 (8)

3. 参数的确定 (9)

三 Multisim电路仿真 (9)

1. 电路的仿真 (9)

3. 调试中遇到的问题及解决方法 (11)

四实验总结 (11)

五参考文献 (12)

模拟电子技术课程设计任务书

系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程指导教师：课题名称有源低通滤波器

设

计

内容及要求1、设计一个由运算放大器组成的有源低通滤波器，通频带自定义；

2、运算放大器由直流稳压电源供电。

3、测量设计的有源低通滤波器的幅频特性。

设计工作量1、系统整体设计；

2、系统设计及仿真；

3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；

4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。

进度安排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料

第二天设计方案论证

第三天进行具体设计

第四天进行具体设计

第五天编写设计说明书

指导老师意见

年月日教研室意见

年月日

一电路原理及其介绍

1. 什么是滤波器

滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号处理、数据传输和干扰抑制等方面，有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。[1]但对于滤波器设计的综合技术，由于其网络元件参数的实际选择和调试的困难，采用普通实验设计方法不仅解决不了上述问题，还花费大量时间和设计成本，以至于设计出的产品价格昂贵，电路噪声大等质量问题也不尽人意。因此，对有源低通滤波器的设计新方法探讨，仍有积极的实际意义。[2] 随着集成运放的广泛应用,有源滤波器的应用更为广泛 ,因此有源滤波器性能的分析和电路设计就成为一个核心问题。

2. 什么是低通滤波器

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

电路的设计

二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。

3. 有源低通滤波器的运放

运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。

运算放大器的性能指标包括5个，开环差模电压放大倍数，最大输出电压，差模输入电阻，输出电阻，共模抑制比CMRR。（开环差模放大倍数是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。最大输出电压是指它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。差模输入电阻的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。输出电阻的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。共模抑制比放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。）实际是有要求的。首先运放的输入阻抗要足够大，以免输入阻抗对电路中的实际电阻产生过大的影响。其次运放的开环增益AV0要足够大。但由于这些条件非常容易满足，因此在设计有源二阶低通滤波器时，不考虑。但在仿真时，不

同的运放对滤波器的指标还是有影响的。

4. 实验的要求和目的

（1）构建有源低通滤波电路，掌握有源滤波电路的结构形式。

（2）分析有源低通滤波电路性能。

5. 模拟电子电路的设计流程图

6. 电路设计的一般步骤

（1）提出有源滤波器的技术指标和性能指标,他可包括在通带、阻带上的幅度要求，相位要求及其他需要的特性；

（2）寻找合适的传递函数；

（3）用实际电路实现传递函数，通常有多种电路可实现该传递函数；

（4）对所得各个电路进行各种性能分析，如容差分析，灵敏度分析； （5）选出能满足所有要求的电路； （6）对选出的电路进行优化。 7. 电路原理

采用计算法设计有源低通二阶滤波器，其电路从集成运放输出到同相输入间引入一个负反馈，该反馈使改滤波器只允许低频端的信号通过，实现低通滤波。用查表法设计，已知电路响应特性、形式、类型及阶数、滤波器性能参数，再根据截止频率，选定电容标称值，查表求出相应电容值及电阻值，通过计算得到设计值以确定电路参数。

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 ＞＞f0时（f0 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。

传输函数为： )()()(i o s V s V s A =

2

F F

)()-(31sCR sCR A A V V ++= 令 F 0V A A = 称为通带增益