有源二階低通濾波器

1、PAGE 武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院PAGE 武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院有源二階低通濾波器 題 目 源二階低通濾波器 專業(yè)名稱 電子信息工程 設(shè)計(jì)時(shí)間 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325801761 摘 要： PAGEREF _Toc325801761 h 1 HYPERLINK l _Toc325801762 關(guān)鍵詞： PAGEREF _Toc325801762 h 1 HYPERLINK l _Toc325801763 Abstract： PAGEREF _Toc325801763 h 1 HYPERLINK l _Toc325801764 Key word

2、s: PAGEREF _Toc325801764 h 1 HYPERLINK l _Toc325801765 第一章 概述 PAGEREF _Toc325801765 h 2 HYPERLINK l _Toc325801766 1.1 濾波器的分類 PAGEREF _Toc325801766 h 2 HYPERLINK l _Toc325801767 1.2 有源濾波器的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc325801767 h 2 HYPERLINK l _Toc325801768 1.3 有源濾波器和無(wú)源濾波器的優(yōu)缺點(diǎn) PAGEREF _Toc325801768 h 3 HYPERLI

3、NK l _Toc325801769 1.4 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc325801769 h 3 HYPERLINK l _Toc325801770 第二章 設(shè)計(jì)原理及方案選擇 PAGEREF _Toc325801770 h 4 HYPERLINK l _Toc325801772 2.1 原理框圖及各部分電路的作用 PAGEREF _Toc325801772 h 4 HYPERLINK l _Toc325801773 2.1.1 原理框圖 PAGEREF _Toc325801773 h 4 HYPERLINK l _Toc325801774 2.1.2 RC網(wǎng)絡(luò)的作用 PAGER

4、EF _Toc325801774 h 4 HYPERLINK l _Toc325801775 2.1.3 放大器的作用 PAGEREF _Toc325801775 h 4 HYPERLINK l _Toc325801776 2.1.4 反饋網(wǎng)絡(luò)的作用 PAGEREF _Toc325801776 h 5 HYPERLINK l _Toc325801777 2.2 方案選擇 PAGEREF _Toc325801777 h 5 HYPERLINK l _Toc325801778 2.2.1 濾波器類型選擇 PAGEREF _Toc325801778 h 5 HYPERLINK l _Toc32580

5、1779 2.2.2 級(jí)數(shù)選擇 PAGEREF _Toc325801779 h 5 HYPERLINK l _Toc325801780 2.2.3 運(yùn)放要求 PAGEREF _Toc325801780 h 6 HYPERLINK l _Toc325801781 2.2.4 元器件選擇 PAGEREF _Toc325801781 h 6 HYPERLINK l _Toc325801782 第三章 有源濾波器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325801782 h 7 HYPERLINK l _Toc325801783 3.1 有源濾波器的幅頻特性及傳輸函數(shù) PAGEREF _Toc32580178

6、3 h 7 HYPERLINK l _Toc325801784 3.1.1 有源濾波器的幅頻特性 PAGEREF _Toc325801784 h 7 HYPERLINK l _Toc325801785 3.1.2 有源濾波器的傳輸函數(shù) PAGEREF _Toc325801785 h 7 HYPERLINK l _Toc325801786 3.2 單元電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325801786 h 8 HYPERLINK l _Toc325801787 3.2.1 二階RC有源低通濾波器(LPF)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325801787 h 8 HYPERLINK l _T

7、oc325801788 3.2.2 二階RC有源高通濾波器（HPF）的設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l _Toc325801790 第四章 電路結(jié)構(gòu)與仿真 PAGEREF _Toc325801790 h 13 HYPERLINK l _Toc325801792 4.1 MultiSim軟件介紹 PAGEREF _Toc325801792 h 13 HYPERLINK l _Toc325801793 4.2 MultiSim電路方真與分析 PAGEREF _Toc325801793 h 14 HYPERLINK l _Toc325801794 4.2.1 二階低通濾波器電路仿真 PAGEREF

8、_Toc325801794 h 15 HYPERLINK l _Toc325801795 4.2.2 二階高通濾波器 PAGEREF _Toc325801795 h 18 HYPERLINK l _Toc325801797 4.2.4 總濾波電路18 HYPERLINK l _Toc325801798 總結(jié)與展望18 HYPERLINK l _Toc325801800 致謝19 PAGE 20二階RC有源濾波器的設(shè)計(jì)摘 要：濾波器是一種能夠使有用頻率信號(hào)通過(guò)，而同時(shí)抑制無(wú)用頻率信號(hào)的電子電路或裝置，在工程上常用它來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送或抑制干擾等。有源濾波器是由集成運(yùn)放、R、C組成，構(gòu)成有源

9、濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，但因受運(yùn)算放大器頻率限制，這種濾波器主要用于低頻范圍。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是在所學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、集成電路等專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上研究和設(shè)計(jì)幾種典型的二階有源濾波電路，研究和設(shè)計(jì)其電路結(jié)構(gòu)、傳遞函數(shù)，并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再利用multisim 軟件進(jìn)行仿真，組裝和調(diào)試各種有源濾波器，探究其幅頻特性。經(jīng)過(guò)仿真和調(diào)試，本次設(shè)計(jì)的RC有源濾波器各測(cè)量參數(shù)均與理論計(jì)算值相符，通頻帶的頻率響應(yīng)曲線平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零，衰減率可達(dá)到|-40Db/10oct|,濾波效果很理想。 關(guān)鍵詞：有源濾波器 二階 RC 頻率 The design of Seco

10、nd-orderRCactive filter Abstract：Filter, which can make the useful frequency signal through, inhibit unwanted frequency signals, is a kind of electronic circuit or device, which is also commonly used in engineering to signal processing, data transfer or interference suppression and so on. The active

11、 filter is composed of integrated operational amplifier and R, C, When the active filter being constituted the active filter circuit also has a certain amount of voltage amplification and buffer effects. However, due to the op-amp frequencys limit, this filter is mainly used for low frequency range.

12、The graduation project, on the basis of expertise which mainly learned from Analog Electronics and IC, researches and gives design of several typical second-order active filter circuits,research and give design of those circuit structures, transfer functions and calculate the related parameters,Use

13、the multisim software for simulation, assembly and debugging of a variety of active filter, and explore the amplitude-frequency characteristics. After simulation and debugging,The measurement of various parameters of this active filter are consistent with the calculated value, the decay rate can be

14、achieved | -40Db/10oct |,that is to say, the filtering effect is very satisfactory. Key words: Active power filter Two order RC Frequency 第一章 概述 濾波器是一種只傳輸指定頻段信號(hào)，抑制其它頻段信號(hào)的電路。近現(xiàn)代，在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，濾波器的應(yīng)用極為廣泛，濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對(duì)濾波器的研究和生產(chǎn)歷來(lái)為各國(guó)所重視。RC有源濾波器主要由由集成運(yùn)算放大器和濾波網(wǎng)絡(luò)RC組成，利用有源濾波器可

15、以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無(wú)用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理1。1.1 濾波器的分類 濾波器依據(jù)元件來(lái)進(jìn)行分類可以分為：有源、無(wú)源、陶瓷、晶體、機(jī)械、鎖相環(huán)、開(kāi)關(guān)電容濾波器等。依據(jù)對(duì)信號(hào)的處理方式分類可以分為：模擬、數(shù)字濾波器。依據(jù)通過(guò)頻率的范圍來(lái)進(jìn)行分類可以分為：低通、高通、帶通、帶阻濾波器等。依據(jù)通帶的濾波特性分類可以分為：最大平坦型（巴特沃思型）、等波紋型（切比雪夫型）、線性相移型（貝塞爾型）濾波器等2。1.2 有源濾波器的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 1965年發(fā)明了單片集成運(yùn)算放大器，為有源濾波器的發(fā)展開(kāi)辟了道

16、路；20世紀(jì)70年代初，有源濾波器的發(fā)展迅速，1978年單片集成RC有源濾波器問(wèn)世。因?yàn)榧蛇\(yùn)放的電壓增益和相移都是頻率的函數(shù)，從而限制了濾波器的工作頻率范圍，通常其工作頻率約20kHz，由反饋電路進(jìn)行電壓補(bǔ)償后，頻率也被約束在100kHz以下。1974年頻率更高的RC有源濾波器問(wèn)世，其工作頻率可以達(dá)到GB/4。因?yàn)殡娮枳尀V波器集成困難，所以又有了由電容和運(yùn)算放大器組成的有源C濾波器。這種濾波器更方便集成，因?yàn)橛性碈濾波器的濾波特性僅由電容之比決定，和電容的絕對(duì)值沒(méi)有關(guān)系，所以濾波器的精確度也相應(yīng)提高了。 RC有源濾波器無(wú)需電感元件，體積小，品質(zhì)因數(shù)可達(dá)1000。不過(guò)它還有很多不足之處需要進(jìn)一

17、步探究，比如：實(shí)際特性和理想特性存在一定的偏差；因?yàn)橛性礊V波器混合集成工藝在不斷改進(jìn)，單片集成需要繼續(xù)研究；應(yīng)用線性變換方法探索最少有源元件的濾波器需要繼續(xù)探索；電路元件的絕對(duì)值容差影響著濾波器的精度和性能等問(wèn)題還沒(méi)有解決；電阻使集成芯片的面積較大，其誤差甚至達(dá)到20%至30%，并且電阻的線性度偏低，使得濾波器的大規(guī)模集成仍然有困難。雖然存在很多問(wèn)題，RC有源濾波器的研究和設(shè)計(jì)依然在不斷進(jìn)行。1.3 有源濾波器和無(wú)源濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)無(wú)源濾波器，又稱 HYPERLINK /view/605242.htm t _blank LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多

18、次諧波，無(wú)源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80，對(duì)基波的無(wú)功補(bǔ)償也是一定的。目前在容量大且要求補(bǔ)償細(xì)致的地方一般使用有源加無(wú)源混合型，即無(wú)源進(jìn)行大容量的濾波補(bǔ)償，有源進(jìn)行微調(diào)。 有源濾波器是由無(wú)源元件(一般用電阻和電容)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器）組成。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件）；缺點(diǎn)是：價(jià)格高，容量小在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。1.4 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) (1) 設(shè)計(jì)二階RC有源低通濾波器：通帶增益Auf=2.0；品質(zhì)因數(shù)Q=0.707；截止頻率fH

19、=1000Hz； (2) 設(shè)計(jì)二階RC有源高通濾波器：通帶增益Auf=2.0；品質(zhì)因數(shù)Q=0.707；截止頻率fL =1MHz；第二章 設(shè)計(jì)原理及方案選擇 RC有源濾波器由三部分電路組成：RC網(wǎng)絡(luò)、放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)，其中RC網(wǎng)絡(luò)濾除無(wú)用頻率信號(hào)，將有用頻率信號(hào)經(jīng)放大器進(jìn)行放大，再將輸出信號(hào)反饋給放大器輸入端。本章介紹各部分電路的作用及選擇。2.1 原理框圖及各部分電路的作用2.1.1 原理框圖 放大器RC網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)圖2-1 RC有源濾波總框圖2.1.2 RC網(wǎng)絡(luò)的作用 在電路中RC網(wǎng)絡(luò)起著濾波的作用，濾掉不需要的信號(hào)，從而突出有用頻率信號(hào)，這樣在對(duì)波形的選取上起著至關(guān)重要的作用，通常主要由電

20、阻和電容組成，其中低通和高通 濾波器截止頻率,帶通濾波器中心頻率。2.1.3 放大器的作用 電路中運(yùn)用了同相輸入運(yùn)放，其輸入級(jí)由差分式放大電路組成，利用它的對(duì)稱性可提高整個(gè)電路的性能；中間電壓放大級(jí)的主要作用是提高電壓增益；輸出級(jí)為負(fù)載提供一定的功率。其閉環(huán)增益,同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，使電路在濾波的同時(shí)還可以將有用信號(hào)頻率進(jìn)行放大，廣泛用于前置放大級(jí)9。2.1.4 反饋網(wǎng)絡(luò)的作用 將輸出信號(hào)的一部分或全部通過(guò)放大電路輸入端，稱為反饋，其中的電路稱為反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)分為正、負(fù)反饋。其作用是利用輸出電壓通過(guò)反饋原件對(duì)放大電路起自動(dòng)調(diào)整作用，從而牽制了輸出電壓的變化，最

21、后達(dá)到輸出穩(wěn)定平衡。2.2 方案選擇 濾波器在通信測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一個(gè)理想的濾波器應(yīng)在要求的頻帶內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的增益，而在通帶以外則具有無(wú)窮大的衰減。然而實(shí)際的濾波器距此有一定的差異，為此我們采用各種函數(shù)來(lái)逼近理想濾波器的頻率特性。設(shè)計(jì)濾波器要依據(jù)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)來(lái)選擇所需的電路類型與元件參數(shù)，對(duì)于濾波器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，既要考慮其通帶的傳遞函數(shù)和截止頻率，又要考慮阻帶的衰減率。下面簡(jiǎn)要介紹設(shè)計(jì)中的考慮原則。 2.2.1 濾波器類型選擇 因?yàn)榘吞匚炙篂V波器通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線非常平坦，幾乎沒(méi)有起伏，阻帶則衰減迅速，在幅頻特性曲線圖上可以看出，隨著角頻率增大，振幅逐漸減小并趨向負(fù)無(wú)窮

22、大，本次我選擇設(shè)計(jì)巴特沃斯二階有源低通濾波器和高通濾波器；而帶通濾波器要求通帶較寬時(shí)，我選擇用低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成寬帶帶通濾波器，這樣比直接用環(huán)型帶通濾波器要好。2.2.2 級(jí)數(shù)選擇一階濾波器電路最簡(jiǎn)單，但帶外傳輸系數(shù)衰減較慢，一般在對(duì)帶外衰減性要求不高的場(chǎng)合下選用。無(wú)限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對(duì)參數(shù)變化比較敏感，在這點(diǎn)上它不如壓控電壓源型二階濾波器。對(duì)于低通濾波器和高通濾波器而言，每一階電路可以得到-20dB/10oct的衰減，每二階電路可以得到-40dB/10oct的衰減。而對(duì)高階濾波器來(lái)說(shuō)，其通頻帶內(nèi)的傳遞函數(shù)的總階數(shù)等于其各低階階數(shù)的和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為-mdB/10

23、oct時(shí)，要選取的級(jí)數(shù)n需滿足n大于或等于m/6，根據(jù)以上分析和帶外衰減特性的要求，我選擇二階濾波器。2.2.3 運(yùn)放要求由于所設(shè)計(jì)濾波器對(duì)運(yùn)放沒(méi)有特殊要求，我選擇通用型濾波器。要讓濾波器的反饋能夠滿足其對(duì)濾波特性的要求，運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增要求在80dB 以上。如果濾波器的輸入信號(hào)較小，例如在10mV以下，則選低漂移運(yùn)放。如果濾波器工作于超低頻，以至使RC網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過(guò)100k，則應(yīng)選低漂移高輸入阻抗的運(yùn)放。本電路選擇了八管腳的UA741單運(yùn)放,其管腳圖如下:圖2-2 UA741引腳圖2.2.4 元器件選擇電容的選擇:設(shè)計(jì)有源濾波器首先要給定設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：截止頻率f0、通帶增益Auf以

24、及品質(zhì)因數(shù)Q。一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)侯，有很多個(gè)元件都可以滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)市場(chǎng)供給要求來(lái)選定元件的參數(shù)值。由于電容標(biāo)稱值的檔位比較少，相比于電阻，在市場(chǎng)上難以匹配，所以一般從選定電容入手，然后再選擇電阻，具體選擇情況詳見(jiàn)附錄清單。電阻的選擇:根據(jù)電容的確定、規(guī)定的截止頻率、帶內(nèi)增益以及參數(shù)計(jì)算得的結(jié)果和市場(chǎng)上所出售的情況而選擇，詳見(jiàn)附錄清單。第三章 有源濾波器的設(shè)計(jì) 濾波器是一種能使有用信號(hào)頻率通過(guò)，同時(shí)抑制無(wú)用頻率成分的電路，廣泛應(yīng)用于通信、電子、電器、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的信號(hào)處理電路中。集成有源濾波器是由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波器。根據(jù)對(duì)頻率范圍的選擇不同，濾波器可分為

25、低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)等1。3.1 有源濾波器的幅頻特性及傳輸函數(shù)3.1.1 有源濾波器的幅頻特性由于濾波器要具有理想的幅頻特性不可能使用有限個(gè)元件組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能采用有理函數(shù)來(lái)近似實(shí)現(xiàn)。尋找一個(gè)合適的有理函數(shù)來(lái)滿足濾波器幅頻特性需求，就是這個(gè)濾波器的幅度近似。一般幅頻特性越好的濾波器，相頻特性越差。階數(shù)越高的濾波器阻帶幅頻特性衰減越快。下圖是有源低通、高通、帶通濾波器的幅頻特性曲線： （a）低通 （b）高通 (c) 帶通圖3-1 濾波電路的幅頻特性示意圖3.1.2 有源濾波器的傳輸函數(shù)有源濾波器是一種線性系統(tǒng) ,我們通常用增益來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)的功能 ,也就是當(dāng)初始條件

26、為零時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)（或輸出）與激勵(lì)（或輸入）的拉普拉斯變換之比,理論上稱為傳遞函數(shù)。二階RC濾波器的傳輸函數(shù)如下表：表1 二階RC濾波器的傳輸函數(shù)表類型傳輸函數(shù)性能參數(shù)低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率BW帶通、帶阻濾波器的帶寬高通帶通3.2 單元電路的設(shè)計(jì)3.2.1 二階RC有源低通濾波器(LPF)的設(shè)計(jì)（1）低通濾波器特性 低通濾波器是用來(lái)通過(guò)低頻信號(hào)衰減或抑制高頻信號(hào)。如圖3-2（a）所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí)RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖3-2（b）為二階低通濾波器

27、幅頻特性曲線。 圖3-2 二階低通濾波器電路性能參數(shù)通帶增益： (3-1) 截止頻率(即低通濾波器的通帶和阻帶的界限頻率)： (3-2)品質(zhì)因數(shù)(其大小影響濾波器在阻帶的幅頻特性的形狀)： (3-3)當(dāng) 時(shí)，Q1，在處電壓增益將大于，幅頻特性在處將抬高如圖3-2所示。當(dāng)時(shí)，Q=，有源濾波器自激。由于將接到輸出端，等于在高頻端給LPF加了一點(diǎn)正反饋，所以在高頻端的放大倍數(shù)有所抬高，甚至可能引起自激。 參數(shù)計(jì)算已知條件：截止頻率：f=1kHz 增益Av=2 品質(zhì)因數(shù)Q=0.707 注意:值 不 能 太 大否 則 會(huì) 使 電 阻 的 取 值 較 大從 而 使 引 入 的 誤 差 增 加通 常 取 從

28、設(shè)計(jì)表表中查出與對(duì)應(yīng)的電容值及時(shí)的電阻值 再將這些電阻值乘以參數(shù)得電阻的設(shè)計(jì)值3.2.2 二階RC有源高通濾波器（HPF）的設(shè)計(jì)（1）高通濾波器的性能 與低通濾波器相反，高通濾波器用來(lái)通過(guò)高頻信號(hào)，衰減或抑制低頻信號(hào)。只要將圖3-3低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成二階有源高通濾波器，如圖3-3(a)所示。高通濾波器性能與低通濾波器相反，其頻率響應(yīng)和低通濾波器是“鏡象”關(guān)系，仿照LPH分析方法，不難求得HPF的幅頻特性。 圖3-3 二階高通濾波器電路性能參數(shù)： 通帶增益： (3-4) 截止頻率(它是二階高通濾波器通帶與阻帶的界限頻率)： (3-5)品質(zhì)因數(shù)(它的大小影響高通濾波

29、器在截止頻率處幅頻特性的形狀)： (3-6) 當(dāng)時(shí)，幅頻特性曲線的斜率為+40 dB/doc；當(dāng)時(shí)，電路自激。電路性能參數(shù)、各量的函義同二階低通濾波器。圖3-3（b）為二階高通濾波器的幅頻特性曲線，它與二階低通濾波器的幅頻特性曲線有“鏡像”關(guān)系。參數(shù)計(jì)算： 已知條件：截止頻率：f=1MHz 增益Av=2 品質(zhì)因數(shù)Q=0.707第四章 電路結(jié)構(gòu)與仿真 電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是仿真與調(diào)試，這就需要進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，此次仿真使用的是Multisim虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)操作跟實(shí)際相似，但比實(shí)際方便、省時(shí)，通過(guò)仿真測(cè)試電路各方面性能良好。 4.1 MultiSim軟件介紹 Multisim是美國(guó)

30、國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。它提供了仿真實(shí)驗(yàn)和電路分析兩種仿真手段，可用于模擬電路、數(shù)字電路和部分強(qiáng)電電路的仿真、分析和設(shè)計(jì)。應(yīng)用Multisim，便于實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊練的教學(xué)模式，使“電子技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)變得更有趣而容易4。4.2 MultiSim電路方真與分析4.2.1 二階低通濾波器電路仿真圖4-1 二階低通濾波電路電路結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，此電路上半部分是一個(gè)同相比例放大電路，由兩個(gè)電阻和一個(gè)理想運(yùn)算放大器構(gòu)成。下半部分是一個(gè)二階RC濾波電

31、路，由兩個(gè)電阻、及兩個(gè)電容、構(gòu)成。其中、均為39 k，、均為0.047uF。電路由一個(gè)幅度為12V、頻率可調(diào)的交流電壓源提供輸入信號(hào)。（1）虛擬示波器分析 選擇Multisim軟件的虛擬儀器欄中的雙蹤示波器，將電路輸入輸出端連接到虛擬示波器的A、B端，然后單擊開(kāi)始按鈕進(jìn)行電路仿真，得到如下波形。圖4-2 二階低通濾波電路輸入輸出波形從圖中可以看出輸出信號(hào)和輸入信號(hào)頻率相同，說(shuō)明此濾波器不改變輸出信號(hào)頻率，但在輸入信號(hào)頻率大于濾波器的截止頻率（如1 kHz）時(shí)，輸出信號(hào)的幅度遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)的頻率，由此說(shuō)明輸出信號(hào)衰減明顯。調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率，使其分別為500 Hz，800 Hz，1000 Hz，1

32、500 Hz時(shí)，從示波器可以看出輸入信號(hào)頻率在1000Hz以下時(shí)，電路的放大作用明顯，而大于1000Hz時(shí)，波形開(kāi)始逐漸被衰減，這說(shuō)明截止頻率f0接近1000Hz. 我們發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)虛擬示波器分析，既很難得出fP的準(zhǔn)確值，也不能直觀看出輸入信號(hào)的頻率對(duì)電路放大性能的影響，于是用Multisim中的波特儀來(lái)精確觀察電路的輸入輸出特性。（3）幅頻特性分析在Multisim軟件的虛擬儀器欄中選擇虛擬波特儀，將波特儀的輸入輸出端分別連接到電路的輸入端與輸出端，再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，得到如下波形:圖4-3 二階低通濾波電路幅頻特性曲線該低通濾波器的通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶

33、則逐漸下降為零,衰減率可達(dá)到每十倍頻40分貝,濾波特性很理想, 從圖中可以看出截止頻率fo=1300HZ，與理論計(jì)算結(jié)果相符。 4.2.2 二階高通濾波器圖4-5 二階高通濾波電路電路結(jié)構(gòu)如圖4-5所示，此電路上半部分是一個(gè)同相比例放大電路，由兩個(gè)電阻、和一個(gè)理想運(yùn)算放大器構(gòu)成。為15k、為9.1k。下半部分是一個(gè)二階RC濾波電路，由兩個(gè)電阻、及兩個(gè)電容、構(gòu)成。其中、均為9.1 k，、均為10nF。電路由一個(gè)幅度為12V、頻率可調(diào)的交流電壓源提供輸入信號(hào)。（1） 理論分析通帶電壓放大倍數(shù):低頻下，兩個(gè)電容相當(dāng)于開(kāi)路，此電路為同相比例器。通帶截止頻率fo:(2) 虛擬示波器分析在Multisim軟件的虛擬儀器欄中選擇虛擬雙蹤示波器，將示波器的A、B端分別連接到電路的輸入端與輸出端，再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，得到如下波形。圖4-6 二階高通濾波電路輸入輸出波形如圖4-6為電路輸入信號(hào)的頻率為1MHz，幅度是12V時(shí)濾波器的輸入輸出波形。波形幅度大的是電路輸入信號(hào)，另外一條是電路輸出信號(hào)。示波器的橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示電壓的幅度。選擇1msdiv的掃描頻率，縱軸比例為5v/div，輸出方式為Y/T方式。從圖中可以看出輸出信號(hào)和輸入信號(hào)頻率相同，說(shuō)明此濾波器不改變輸出信號(hào)頻率，但在輸入信號(hào)頻率小于濾波器的截止頻率（如50