二阶有源低通滤波器课程设计

长 沙 学 院

模电课程设计说明书

题 目 二阶有源低通滤波器 系 (部) 电子与通信工程系 专业(班级) 09通信 姓 名 彭雄亮 学 号 2009043209

指导教师 谢志宇 张刚林 王璐露 高岳民 起止日期 2010年11月22日—27日

摘要：

我课程设计的课题是二阶有源低通滤波器。首先，根据老师给定的课程设计的任务和要求，选定一款集成运算放大器，再根据技术要求选择其它元器件，设计出外围电路，并设计出整体电路的电路图及其各元件的参数，同时要给出其工作原理；第二步，对设计出的电路图进行仿真。通过仿真软件Multisim对所设计的电路的进行瞬态分析测试和交流扫描以及其它必要仿真，并进行分析，确定电路设计的正确性和可行性；最后, 第三步把仿真结果与理论指标进行对比分析，并对设计成果作出评价.

关键词：

滤波器、二阶有源低通

感量，这就必然增加电感元件的体积，重量与成本。这种矛盾在低频时尤为突出。为了解决这一矛盾，五十年代有人提出用由电阻、电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件，由此产生了用有源元件和无源元件(一般是R和C)共同组成的电滤波器，称为有源滤波器。六十年代末由分立元件组成的有源滤波器得到应用。七十年代以来，由薄膜电容、薄膜电阻和硅集成电路运算放大器构成的薄膜混合集成电路提供了大量质优价廉的小型和微型有源RC滤波器。集成电路技术的出现和迅速发展给有源滤波器赋予巨大的生命力。集成电路有源滤波器不但从根本上克服了R、L、C无源滤波器在低频时存在的体积和重量上的严重问题，而且成本低、质量可靠及寄生影响小。和无源滤波器相比，它的设计和调整过程较简便，此外还能提供增益。当然，有源滤波器也有如下缺点： 1．由于有源元件固有的带宽限制，使绝大多数有源滤波器仅限于音频范围(f≤20KHZ)内应用，而无源滤波器没有这种上界频率限制，适用的频率范围可高达500MHZ。 2．生产工艺和环境变化所造成的元件偏差对有源滤波器的影响较大。 3．有源元件要消耗功率。

尽管如此，在声频(f≤4KHZ)范围内有源滤波器在经济和性能上要比无源滤波器优越得多，因此在世界各国先进的电话通信系统中得到极其广泛的应用。

目录

1 绪论 ............................................................................ 4 2 实习的主要内容 .................................................................. 5 3 设计作品名称（或课题）： ......................................................... 6 3.1电路设计原理图： .............................................................. 7 3.2 真和性能测试与分析： .......................................................... 8 4 心得体会： ...................................................................... 8 5存在的不足及建议： ............................................................... 9 6 参考文献： ...................................................................... 9

1. 绪论

从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。为了提高无源滤波器的质量，要求所用的电感元件具有较高的品质因数QL，但同时又要求有一定的电 2 实习的主要内容

09级模拟电子技术课程设计任务书

系(部):电子与通信工程系 专业: 09通信 指导教师: 谢志宇、张刚林、王璐露、高岳民

3 设计作品名称（或课题） 二阶有源低通滤波器 3.1电路设计原理图：

在本次试验中设计一个有源低通滤波器，截止频率fC=1kHz,通带电压放大倍数：Auo=2,在f = 10fc时，要求幅度衰减大于30dB 。

图1 二阶有源低通滤波器原理图

（一）有源二阶低通滤波电路 1．压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图1所示。其传输函数为：

Auo

Au(s)

1C1C2R1R2

1111

s2(1A)suoRCR2C211R2C1C1C2R1R2

s2

Auoc2

c

Q

sc2

Q为品质因数，

通带内的电压放大倍数： Auo1

R4

R3

2fc

滤波器的截止角频率：c

1R1R2C1C2

c

Q



111

(1Auo)

R1C1R2C1R2C2

为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使：

R1R2R3//R4

将上述方程与Auo1

R4

联立求解，可得： R3

R4Af(R1R2) R3

为了使运放输入端对地电阻平衡,在求解电路参数时,还要外加一个等式R1+R2=R3//R。若在 给定有源二阶低通滤波器的截止频率为fc=2kHz，电压增益为Av=2，品质因素为Q=0.707 的情况

下，选择集成运放的型号为μA741，并取电容C

=0.01μF，然后将C=0.01μF，Q=0.707，Av=2，Fc=2kHz 已知条件代入上述求出的性能参数方程和R1+R2=R3//R4，表达式就构成了四元三次方程组。解该方程组得电路参数为R1=5.63KΩ,R2=11.25KΩ R3=R4=33.76KΩ，C1=C=0.01μF

3.2 仿真和性能测试与分析：

在Multisim9软件下仿真的波形图：

R4Af1

图2 输入输出信号波形

幅频特性曲线：

图3 幅频特性曲线

本次试验要求的截止频率fC=1kHz，在f = 10fc时，要求幅度衰减大于30dB，根据仿真的数据可知基本上符合。

4 心得体会：

这次的模拟电子基础课程设计，我们完成了从设计到制作的完整过程，在这期间学到了很多关于模电理论和实践方面的知识，受益匪浅。虽然遇到了很多困难，但我也深深的体会到了其中的乐趣，它也让我对模电的知识有了更切身的理解。

我们制作的是在书上出现过的，但是要通过我们所学的知识完全自行思考和设计出电路。在查找了许多有关方面的资料，以及观察分析了许多集成运算放大器后，我们最终设计出了自己的电路。期间我发现我们所学的理论与实际还是有很大的区别的，于是我们通过理论联系实际，最后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。之后我们又对电路图进行了仿真。

在使用Multisim仿真的过程中，我们第一步是绘制滤波器的原理图，接着根据计算的结果设置元件的各种参数，最后就要应用Multisim的仿真功能观察了电路交流扫描分析等各种仿真分析，得出了相应的仿真图形。通过理论与结果的比较，我们对电路元件参数进行了相应的修改，最后得到了较为合理的原理图。

短暂几天的课设，让我深切的体会到模电这门课程的作用和意义,并且对其有了更深的理解,对于我们以后的实践有着极大的作用。另外，通过这次课设让我们进一步的了解到了仿真软件的重要作用。这次课设不论是在理论知识还是在具体实践都有了极大的提高。

在以后的学习中，我们会不断的摸索，不断实践，更好的利用各种手段帮助我们提高，使我们更好的理解所学的知识，弥补实践的不足，由理论联系到实际，深入了解科学的奥秘，真正的把知识吸收为自己的东西，以达到学以致用的目的。

5存在的不足及建议：

在本次试验中感触很大，特别是在机房试验时，电脑比较少，而且第二天去的时候很多电脑都坏掉了，可能主要是同学们的给弄坏的，所以觉得我们的素质还有待提高。 6 参考文献：

模拟电子技术基础（第四版）童诗白 高等教育出版社 RC有源滤波器（专题译丛）天津邮政