有源低通滤波器报告.doc

电气工程学院

电子测量课程设计

设计题目：有源低通滤波器

学号： ********

*名：**

同组人：杨从鹏

指导教师：关宇老师

设计时间：2012年11月

设计地点：电气学院实验中心

电子测量课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年月日

电子测量课程设计任务书

学生姓名：杨黎指导教师：关宇

一、课程设计题目：

设计一个有源低通滤波器

二、课程设计要求

要求截止频率为20k赫兹

元器件

①运算放大器LM324二片；

②9012三极管；

③9013 三极管；

④电阻若干；

⑤电容若干；

考核标准

①预习方案报告；

②独立设计；

③独立调试；

④验收；

⑤设计报告；（含PCB图、原理图）

三、进度安排

2．执行要求

课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

目录

第一章系统方案设计

第二章仿真

第三章电路调试

第四章结论

第五章心得体会与建议

第一章系统方案设计

1、有源低通滤波电路基本概念

滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。

2、有源低通滤波电路的组成和实验原理

一阶有源低通滤波电路是一个一级RC低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好的隔离开来。由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此，其带负载的能力得到了加强。若要求此电路不仅有滤波功能，并且可以起到电压放大作用，则只需要将电路中的电压跟随器改为同相比例放大电路即可，如下图

有源低通滤波一阶电路图

通带电压增益0A 等于同相比例放大电路的电压增益1

2

1VF R A R =+，根据RC 低通电路的分析结果得到

0()1

()1i V s V s sRC =+，特征角频率1c RC

ω=，分母为一次幂故此电路称为一阶有源低通滤波电路。

按照理论系统的幅频响应为02

()1(

)c

A A j ωωω=

+，这里的c

ω就是

-3dB 的截止角频率。

从图像看出，一阶滤波器的滤波效果不好，它的衰减率只是-20dB/十倍频程，若要求响应曲线-40或-60/dB 十倍频程，则需要采取二阶或三阶滤波电路。

二阶有源低通滤波电路由两个RC 环节和同相比例放大电路构成，电路如图所示。

有源低通滤波二阶电路图

其通带电压放大倍数即为同相比例放大电路的放大倍数：1

=1+

f

VF R A R 其传递函数：

其中： Wo=1/RC 截止角频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

1

Q=

3VF

A 为品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。

不同Q 值的有源低通滤波电路的幅频特性曲线

通过分析可知：当信号频率大于截止频率时信号的衰减率只有20dB/十倍频。而且在截止频率附近，有用信号也受到衰减。二阶有源低通滤波电路衰减可以达到40dB/倍频。而且在截止频率附近，有用信号可以得到一定提升。如果Q =0.707 时，滤波器的幅频特性最为平坦；如果Q >0.707 时,幅频特性将出现峰值。

3、有源低通滤波器的运放

课程设计用的放大器是LM324，LM324 是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。

第二章仿真

一、电路的PCB图

绘制原理图及PCB制版采用的环境是ｐｒｏｔｅｌ９９ＳＥ。

1.原理图

2.电气规则校验（ERC校验）

3.元件清单

原件封装均采用常用的封装方式。两个运放分别使用DIP 8，无极电容的封装采用ＲＡＤ０．２，电阻的封装采用ＡＸＩＡＬ０．４。

4.网络表

[C1 RAD0.2 1nF] [C2 RAD0.2 1nF] [C3 RAD0.2 1nF] [C4 RAD0.2 1nF] [R1 AXIAL0.4 6.1k] [R2 AXIAL0.4 6.1k] [R3 AXIAL0.4 6.1k] [R4 AXIAL0.4 6.1k] [R5 AXIAL0.4 62k] [R6 AXIAL0.4 10k] [R7 AXIAL0.4 20k] [R8 AXIAL0.4 24.7k] [R9 DIP8 OPAMP] [R10 DIP8 OPAMP] (GND C1-1)

(NetC1_2 C1-2 R1-1 R9-2) (NetC2_2 C2-2 R3-2 R6-2 R9-3) (NetC3_1 C3-1 R8-1 R10-3) (NetC4_2 C4-2 R4-1 R10-2) (NetR2_1 C2-1 R1-2 R2-1) (NetR2_2 R2-2)

(NetR3_1 C3-2 R3-1 R4-2) (NetR5_2 R5-2 R6-1 R9-1) (NetR7_2 R7-2 R8-2 R10-1)

(VCC C4-1 R5-1R7-1 R9-5 R10-4 R10-5) (VSS R9-4)

二、电路的仿真图

我们做的是最常用的有源低通滤电路巴特沃斯四阶低通有源滤波器，基本就是把2个二阶有源低通滤波器进行串联，以增大滤波段的频率，减少滤波时间。

根据要求：1

2e R f C

π=截止为20KHZ ，我们选取的电子元件的参数为：

电阻R=8k Ω，电容12C C C ===1nf ；

根据巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益G 的关系表：