二階低通濾波器

1、學 號 08700109模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計說明書二階低通濾波器起止日期： 2010年12月24日 至 2010年12月31日學生姓名班級成績指導(dǎo)教師(簽字)電子與信息工程系2011年 1 月 2日目錄第一章 電路設(shè)計11.1 集成運算放大器11.2 二階低通電路11.3 課設(shè)電路及計算3第二章 所用元器件32.1 電阻32.2 電容32.3 集成運算放大器LM7414第三章 仿真情況5第四章 課設(shè)總結(jié)74.1 心得體會74.2 個人答辯問題8參考文獻8第一章 電路設(shè)計1.1 集成運算放大器圖1是集成運放的符號圖，1、2端是信號輸入端，3、4是工作電壓端，5是輸出端，在實際中還有調(diào)零端，頻率補

2、償端和偏置端等輔助端。集成運算放大器的輸入級通常由差分放大電路組成，因此一般具有兩個輸入端以及一個輸出端。圖中標有“+”號的是同相輸入端，標有“”號的是反相輸入端，當信號從同相端輸入時，輸出信號和輸入信號同相，反之則反相。當集成運放工作在線性區(qū)時，它的輸入信號電壓和輸出信號電壓的關(guān)系是： （1）式中是運放器的放大倍數(shù)，是非常大的，可達幾十萬倍，這是運算放大器和差分放大器的區(qū)別，而且集成運放器的兩個輸入端對地輸入阻抗非常高，一般達幾百千歐到幾兆歐，因此在實際應(yīng)用中，常常把集成運放器看成是一個“理想運算放大器”。理想運算放大器的兩個重要指標為： （1）差模輸入阻抗為；（2）開環(huán)差模電壓增益Aod為

3、。根據(jù)這兩項指標可知，當理想運算放大器工作在線性區(qū)時，因為其輸入阻抗為，因此在其兩個輸入端均沒有電流，即在圖1中，如同兩點被斷開一樣，這種現(xiàn)象稱為“虛斷”。又因為，根據(jù)輸入和輸出端的關(guān)系：，所以認為運放的同相輸入端與反相輸入端兩點的電壓相等，如同將該兩點短路一樣。這種現(xiàn)象成為“虛短”?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔抢硐脒\放工作在線性區(qū)時的兩個重要結(jié)論，常常作為分析許多運放電路的出發(fā)點。當理想運放工作在非線性區(qū)時，則“虛短”現(xiàn)象不復(fù)存在。圖1 集成運算放大器1.2 二階低通電路二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖2所示：圖2 二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同

4、相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率ff0時（f0 為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于-90º，兩級RC 電路的移相到-180º，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容c 引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為： 令 稱為通帶增益 稱為等效品質(zhì)因數(shù) 稱為特征角頻率 則上式為二階低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達式注： 濾波電路才能穩(wěn)定工作。1.3 課設(shè)電路

5、及計算根據(jù)本次課設(shè)要求，電路工作電壓為15V，所以選用LM741芯片作為理想放大器；系統(tǒng)增益為0dB，所以將理想放大器反相輸入端直接接到輸出端，此時電路等效品質(zhì)因數(shù)Q=0.5；系統(tǒng)帶寬10KHz，即=10kHz，所以選取電容值為10nF，由R=得此時電阻值為1.6K。具體電路圖如圖3所示。圖3 protel電路圖第二章 所用元器件2.1 電阻采用碳膜電阻器，阻值穩(wěn)定性較好，阻值范圍寬，溫度系數(shù)較好，成本低，價格便宜。大小為1.6K。2.2 電容采用金屬化紙介電容器，體積小，容量可做得大，溫度系數(shù)大，內(nèi)部紙介擊穿后有自愈作用。大小為10nF。2.3 集成運算放大器LM741（1）引腳共8個引腳，

6、其中引腳2和引腳3分別為反相輸入端和同相輸入端，6為輸出端，7、4分別接正、負直流電源，1、5之間接調(diào)零電位器，引腳8為空。（2）主要技術(shù)指標：參數(shù)LM741最小典型最大輸入失調(diào)電壓1.05.0輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電流20200輸入失調(diào)電流溫漂輸入偏置電流80500輸入電阻0.32.0輸入電壓范圍大信號電壓增益50200輸入電壓幅度+-12+-10+-14+-13共模抑制比7090轉(zhuǎn)換速率0.5電源電流1.72.8電源電壓+-22允許功耗+-500差模輸入電壓+-30工作溫度范圍-55125第三章 仿真情況圖4 仿真電路圖3.1 當輸入信號的頻率為2kHz（<10kHz）時，輸出波形

7、與輸入波形基本一致。見圖5紅色為輸入波形，橘黃色為輸出波形。圖5 正常的輸入輸出波形3.2 當輸入信號的頻率大于截止頻率時，選取f=30kHz，輸出信號較輸入信號已有明顯的衰減。見圖6其中紅色為輸入波形，橘黃色為輸出波形，很明顯，基本上已經(jīng)沒有輸出了。圖6 基本全部截止的輸出波形3.3 輸出函數(shù)波特圖圖7 輸出函數(shù)波特圖第四章 課設(shè)總結(jié)4.1 心得體會實習了兩個星期的，我們學會了很多東西，培養(yǎng)了動手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從

8、而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！4.2 個人答辯問題問題：（1）設(shè)計所用的集成運算放大器是什么？ （2）頻率f是怎么計算的？答： （1）LM741 （2）f=1/(2*pi*R*C)參考文獻1 康華光，北京