1、精選優質文檔-傾情為你奉上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： 通信工程 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 2013 年 03 月 06 日 模擬電路 課程設計任務書20122013 學年第 2學期第 1 周 3 周 題目二階低通濾波器的設計內容及要求 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； 截止頻率； 增益；注：可使用實驗室電源。進度安排第1周：查閱資料，到機房學習仿真軟件，確定方案，完成原理圖設計及仿真；第2周：領元器件、儀器設備，制作、焊接、調試電路，完成系統的設計；第

2、3周：檢查設計結果、撰寫課設報告。學生姓名： 指導時間：周一、周三、周四下午指導地點：E 樓 311室任務下達2013 年2月25日任務完成2013 年 3 月6日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師 系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單”一并交院教務存檔。摘要有源濾波器是由工作在線性區的集成運放和RC網絡組成，實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分。本次實驗根據實際要求設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路和無限增益多路反饋二階

3、有源低通濾波電路，用LM324系列芯片進行工作，內由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器組成，采用仿真軟件Multisim12.0，對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路和無限增益多路反饋二階有源低通濾波電路進行仿真分析、調試，從而實現電路的優化設計。 關鍵字：LM324，低通，濾波目錄專心-專注-專業前言早先的濾波器是由電器，電容和電阻構成的無源電路，然而電感的使用帶來了許多問題：第一，電感的損耗比電容大得多，因而其品質因數（定義,為電感的損耗電阻）低于1000，而電容的品質因數 (定義,為電容的損耗電導)可高達10000，工作頻率越低，就越小；第二，低頻工作時的電感通常都要用鐵磁材料為芯

4、，從而造成其特性的非線性，并由此產生不需要的信號諧波；第三，電感會發射和接受電磁波，從而把雜質干擾引進電路，造成不良后果；第四，電感的體積，重量和成本都偏高，工作頻率越低，這些缺點便越突出。用電阻代替電感，可消除上述問題，但RC濾波器的性能不如LC濾波器好，并且電阻還會是信號能量受損。將具有放大作用的運算放大器與RC電路結合起來組成的有源濾波器，不但可彌補由電阻造成的能量損失，而且可通過反饋使濾波器的性能提高。更可喜的是，由于舍棄了電感，使整個電路的體積，重量大大減小，更便于實現集成化。有源濾波器的缺點是：目前的工作頻率還不夠高，對溫度等外部因素變化的敏感度還不夠低，而且不能像無源濾波器哪樣做

5、成浮動的，可以相信，隨著科學技術的發展，這些缺點將逐步被人們所克服。按通過信號的頻段可將濾波器分為五種：低通濾波器（LPF）；高通濾波器（HPF）；帶通濾波器（BPF）；帶阻濾波器（BEF）；全通濾波器（APF）。濾波一般可分為有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。二階低通濾波器可用壓控電壓源和無限增益多路反饋。采用集成運放構成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯。在信息處理、數據傳送和抑制干擾等

6、自動控制、通信及其它電子系統中應用廣泛。第一章 系統設計方案選擇1.1總方案設計RC網絡放大器反饋網絡圖 1.1 RC有源濾波總框圖1.2 子框圖的作用1. RC網絡的作用圖 1.2 RC電路在電路中RC網絡起著濾波的作用，濾掉不需要的信號，這樣在對波形的選取上起著至關重要的作用，通常主要由電阻和電容組成。2. 放大器的作用圖 1.3 同相放大電路電路中運用了同相輸入運放，其閉環增益Error! No bookmark name given.，同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大器。3. 反饋網絡的作用將輸出電量（電壓或電流）的一部分或全部通過通過反饋網絡，用一定

7、的方式送回到輸入回路，以影響輸入電量（電壓或電流）。1.3 方案選擇1. 濾波器的選擇一階濾波器電路最簡單，但外帶傳輸系數衰減慢，一般在對帶外衰減性要求不高的場合下選用。無限增益多路反饋濾波器的特性對參數變化比較敏感，在這點上它不如壓控電壓濾波器。2. 級數的選擇濾波器的級數主要根據對帶外衰減特殊性的要求來確定。每一階低通或高通電路可獲得-6dB每倍頻程（-20dB每十倍頻程）的衰減，每二階低通或高通電路可獲得-12dB每倍頻程（-40dB每十倍頻程）的衰減。3. 元器件的選擇一般設計濾波器時都要給定截止頻率fc（）帶內增益，以及品質因數Q（二階低通或高通一般為0.707）。在設計時經常出現待

8、確定其值得元件數目多于限制元件取值的參數之數目，因此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設計者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因為電容標稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配，可根據工作頻率范圍按 表1.1 初選電容值。表 1.1 濾波器工作頻率與濾波器電容取值的對應關系f/Hz100101101102102103103104104105105106c/pF106107105106104105103104102103101102第二章 系統組成及工作原理2.1壓控電壓源二階有源低通濾波器壓控電壓源二階有源低通濾波器基礎電路 如圖2.1所示圖 2.1 壓控電壓源二階有源低通濾波器基礎

9、電路它由兩節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ffo時（fo為截止頻率），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。傳輸函數為： （2.1）通帶增益： （2.2）等效品質因素： （2.3）特征角頻率： （2.4）則 （2.5

10、）注：當，即時，濾波電路才能穩定工作。2.2無限增益多路反饋二階有源低通濾波器無限增益多路反饋二階有源低通濾波器基本形式 如圖2.2所示圖 2 2無線增益多路反饋二階有緣低通濾波器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在電路參數不合適時會產生自激震蕩。為了避免這一點，Au（p）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電路，這樣既能提高濾波電路的性能，也能提高在f=fo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

11、，所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。 （2.6） （2.7）注：，Q為品質因數第三章 單元電路設計、參數計算、器件選擇3.1 壓控電壓源二階有源低通濾波器設計及參數計算電路圖 如圖2.1所示由同相比例放大電路不同Q值下的幅頻響應得知： （3.1）通帶內的電壓放大倍數： （3.2）濾波器的截止角頻率： （3.3） （3.4）根據上述公式可得：,可取由 表1.1可取，可算出電阻可由電位器代替電阻，可取基本達到設計要求。3.2 無限增益多路反饋二階有源低通濾波器的設計及參數計算電路圖 如圖2.2所示通帶內的電壓放大倍數： （3.5）濾波器的截止角頻率： （3.6）根據上述公式可得：由 表1

12、.1可取有中心頻率計算公式、（3.5）、以及品質因數計算公式可得：取fC=2kHz，Q=0.707，AV=2求得：，R1可由電位器代替，R2由電阻代替，取可由6個串并聯代替基本達到設計要求。第四章 電路組裝及調試4.1壓控電壓源二階有源低通濾波器電路4.1.1調節方法當電路接入信號時，輸出函數與理論不符時，調節R1電位器，使電路的截止頻率為2kHz時，調解成功。4.1.2理論數據當輸入的信號頻率小于截止頻率2000Hz，其電路的增益為2。4.1.3實際測試數據表 4.1 壓控電壓源電路實際數據輸入電壓10V輸入頻率輸出電壓1kHz20V2kHz14V3kHz8V4kHz6V6kHz4V4.1.

13、4結果分析實驗截止頻率為2kHz，當輸入信號頻率低于2kHz時，電路增益基本為2；當輸入信號頻率高于2kHz，電路截止信號。基本符合實驗要求。仿真電路圖 如圖4.14.4所示 圖 4.1 壓控電壓源二階低通濾波器 圖 4.2 輸入信號頻率為1kHz 圖 4.3 輸入信號頻率為2kHz 圖 4.4 輸入信號頻率為3kHz4.2無限增益多路反饋二階有源低通濾波器電路4.2.1調節方法當電路接入信號時，輸出函數與理論不符時，調節R1電位器，使電路的截止頻率為2kHz時，調解成功。4.2.2理論數據當輸入信號的頻率是1kHz,2kHz,3kHz輸出和輸入的倍數關系分別是2倍，1.4倍，然后截止，趨于0

14、。4.2.3實際測試數據表 4.2 無線增益多路反饋電路實際數據輸入電壓10V輸入頻率輸出電壓1kHz20V2kHz14V3kHz7V4kHz4V6kHz2V4.2.4結果分析實驗截止頻率為2kHz，當輸入信號頻率為1kHz時，電路增益為2；當輸入信號頻率為1kHz，電路增益為1.4；當輸入信號頻率高于2kHz，電路截止信號。基本符合實驗要求。仿真電路圖 如圖4.54.8所示 圖 4.5 無線增益多路反饋二階有源低通濾波器 圖 4.6 輸入信號頻率為1kHz 圖 4.7 輸入信號頻率為2kHz 圖 4.8輸入信號頻率為3kHz4.3實物圖 圖 4.9 實物圖（正面） 圖 4.10 實物圖（反面）第五章 總結二階有源低通濾波器可以有效實現其功能，有效的抑制了高頻信號而使低頻信號放大輸出。但其理想狀態為輸入信號頻率低于2kHz時，增益為2倍，高于2kHz，截止。但現實在輸入頻率為1kHz時，增益才能達到2倍，而在輸入信號頻率為2kHz時，增益為1.4倍。可以通過改變RC電路R、C的數值，增大品質因數Q實現增益