二階低通濾波器課程設計報告

1、課程設計說明書課程設計名稱： 模擬電路課程設計 課程設計題目： 二階低通濾波器的設計 學 院 名 稱： 南昌航空大學信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： xxxxxx班 學號： xxxxxx 姓名： xxxxxx 評分： 教師： 2015年 5月 1 日課程設計任務書20 1420 15 學年 第 2 學期第 7 周 9周題目二階低通濾波器的設計內容及要求1、 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋二種方法設計電路；2、中心頻率fO=2KHz；3、增益AV2；進度安排1. 第七周查找資料、設計電路、由仿真結果圖 2. 第八周領元器件、焊接電路3第九周測試電路及結果學生姓名：14黎廣華 13郭波指

2、導時間2015年4月8日2015年4月29日指導地點：綜合樓506任務下達20 15 年4 月8 日任務完成2015 年4 月 29 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師張小林 系（部）主任摘要低通濾波器是一個通過低頻信號而衰減或抑制高頻信號的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內幅值應為零。有源濾波器是指由放大電路及RC網絡構成的濾波器電路，它實際上是一種具有特定頻率相應的放大器。濾波器的階數(shù)越高，幅值特性的速率越快，但RC網絡節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路的調試越困難。根據(jù)指示，本次設計選用二階有源低通濾波器。該電路主要采用了UA7

3、41運放，并且在一階的基礎上增加一節(jié)RC網絡，加大幅頻特性衰減斜率，以達到在給定的頻段內，讓信號無衰減的通過電路，而通帶外的其他信號將受到很大的衰減，從而提高濾波器效率。關鍵詞：低通濾波器 集成運放UA741 RC網絡目錄前言·······························&

4、#183;·······························1第一章 課程設計任務及要求················

5、;·························21.1 課設題目·······················&#

6、183;·······························21.2 設計內容與要求················&#

7、183;·······························21.3 設計目的·················

8、;·····································2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理··········

9、83;······························32.1 二階有源低通濾波器的特點················

10、3;······················32.2 設計原理··························&

11、#183;···························3第三章 單元電路設計計算與元件選擇···················&

12、#183;·············53.1 二階壓控電壓源低通濾波的設計·································

13、··53.2 二階無限增益多路反饋低通濾波器的設計···························6第四章 實驗仿真、調試及測試結果分析··············

14、·················74.1 二階壓控電壓源低通濾波······························&#

15、183;··········74.2 二階無限增益多路反饋低通濾波···································84.3 實驗

16、數(shù)據(jù)記錄·················································&#

17、183;·94.4 誤差分析···············································

18、;·······10結論與體會·········································

19、3;··············11參考文獻··································

20、3;·······················12附錄一··························

21、;··································13附錄二···············

22、·············································14附錄三····&

23、#183;·················································&

24、#183;·····15前言當今時代，隨著科學技術的發(fā)展，先進的電子技術在各個近代學科門類和科學技術領域中占有不可或缺的核心地位。同時在國家的事業(yè)中發(fā)揮了重大作用，只有科技才能使一個國家變得真正強大。作為一名大學生不僅僅要學習理論知識，還要把理論運用到實踐中去，做到學以致用。低通濾波器的使用非常廣泛。該種濾波器只讓規(guī)定的低通頻率通過，而且電路性能穩(wěn)定，增益易調節(jié)。利用這一特點不僅可以通過有用信號還可以抑制無用信號。工程上常常用低通濾波器作信號處理，數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾。例如：無線電發(fā)射機利用低通濾波器阻塞可能引起與其他通信發(fā)生干擾的諧波發(fā)射；固體

25、屏障也是一個聲波的濾波器，當一個房間播放音樂時很容易聽到低音，但高音被濾掉了。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率雖然基本上滿足現(xiàn)有各種電信設備。但從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產和應用。我國電子產品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍是一個問題。第一章 課程設計任務及要求1.1課設題目二階低通有源濾波器的設計與制作1.2設計內容與要求1. 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法設計電路2. 截止頻率fc=2000HZ3. 增益Av=21.3設計目的（1）通帶內信號衰減要小，阻帶內信號衰減要盡量大，由通帶過渡到阻帶的衰減特性陡直上升；（2) 通帶內的特性阻抗要為常數(shù)

26、，以便阻抗匹配。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1二階有源低通濾波器的特點（1）有源低通濾波器：容許底頻信號通過，但減弱（或減少）頻率高于截止頻率的信號通過，而且通帶放大倍數(shù)和頻率特性并不隨負載變化而變化。（2）壓控電壓源二階濾波電路的特點：運算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當于一個電壓源。其優(yōu)點是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調節(jié)。（3）無限增益多路負反饋二階濾波電路的特點：運算放大器為反相接法，由于放大器的開環(huán)增益無限大，反相輸入端可視為虛地，輸出端通過電容和電阻形成兩條反饋支路。其優(yōu)點是：輸出電壓與輸入電壓的相位相反，元件較少，但增益調節(jié)不方便。2.2設計原理（1

27、）有源二階壓控濾波器基礎電路：圖2.2.1 二階有源低通濾波基礎電路它由兩節(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f>>f0時（f0為截止頻電路的每級RC電路的相移趨于-90，兩級RC電路的移相到-180，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。（2） 無限增益多路反饋有源濾波器基本

28、電路：圖2.2.2 無限增益多路反饋有源濾波基礎電路在二階壓控電壓源低通濾波電路中，由于輸入信號加到集成運放的同相輸入端，同時電容C1在電路參數(shù)不合格時會產生自激振蕩。為了避免這一點，Aup取值應小于3，可以考慮將輸入信號加到集成運放的反相輸入端，采取和二階壓控電壓源低通濾波器電路相同的方式，引入多路反饋，構成反相輸入的二階低通濾波器電路，這樣既能提高濾波器電路的性能，也能提高在f=f0附近的頻率特性幅度。由于所示電路中的運放可看成理想運放，即可認為其增益無窮大，所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。第三章 單元電路設計計算與元件選擇3.1二階壓控電壓源低通濾波的設計（1）仿真電路圖如下

29、所示：圖3.1（2）參數(shù)計算：電路的傳輸函數(shù)：，其中Q為品質因數(shù)通帶放大倍數(shù)： (1)濾波器的截止角頻率：， （2）為了減小輸入偏置電流及其漂移對電路的影響，應使： （3）將上述方程與聯(lián)立求解，可得： （4）令R1=R2=R，C1=C2=C；先取C1=C2=C，然后計算R1和R2又由于fp=2KHZ，因此先確定電容C1=C2的值，即?。篊1=C2=C=0.01uf,將C1=C2=C帶入式，可得：R1=R2=8K，又，R3=R4=4R1,即R3=R451K3.2二階無限增益多路反饋低通濾波器的設計（1） 仿真電路圖如下：圖3.2（2） 推導公式同上，取R3=100，R1=2K，R2=4K，C1=

30、18nf,C2=1uf,注0.18uf的電容由兩個0.1uf的電容并聯(lián)而成。第四章 實驗仿真、調試及測試結果分析4.1二階壓控電壓源低通濾波當輸入的信號頻率小于截止頻率2000hz，其電路的增益為2，即其波形的峰值是兩倍。當f=500hz，f=2khz，f=15khz時得仿真圖如下：圖4.1.1 f=500hz時得仿真波形圖圖4.1.2 f=2Khz時得仿真波形圖圖4.1.3 f=15Khz時得仿真波形圖4.2二階無限增益多路反饋低通濾波當輸入的頻率是500hz，2khz，15khz的交流電源，輸出信號的波形圖分別如下圖4.2.1 f=500hz時得仿真波形圖圖4.2.2 f=2Khz時得仿真波形圖圖4.2.3 f=15Khz時得仿真波形圖4.3實驗數(shù)據(jù)記錄輸入頻率f(hz)輸入電壓u（v)輸出電壓U（v)電壓增益500122200012215000100由以上波形圖可知，當輸入信號頻率在2000hz以內時，輸出為