RC有源滤波器
明达职业技术学院
实训(实践)报告2010－2011学年度第二学期
信息工程系应用电子技术专业班级 09应用电子技术学号 45093105
课题名称RC有源滤波器的设计
学生姓名刘惠
指导教师卜令涛
2011年6月24日
明达职业技术学院
课程设计(论文)任务书信息工程系应用电子专业班级09应电姓名刘惠学号45093105
[摘要]：本文介绍了由RC与运算放大器组成的源滤波器
其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号，因受运算放大器带宽限制，这类滤波器仅适用于低频范围。
1、有源滤波电路实际上是利用无源滤波网络再加放大器把滤波网络与负载隔离。滤波网络一般为RC网络。按RC网络的结构可分为低通，高通，带通与带阻四种不同的滤波特性。应用时应根据有用信号、无用信号、和干扰信息所占频段来合理选择滤波器的类型。
2、有源滤波电路通常用传递函数来分析，主要性能指标有通带电压放大倍数A up、通带截止频率f p、带宽B和品质因素Q等。
3、有源滤波电路一般均引入负反馈，集成运放工作为线性区，分析方法基本同运算电路。在有源滤波电路中常常引入适当的正反馈，主要目的是补偿不会产生f o附近的频带，只要参数选择适当，一般
[关键词]：RC 运算放大器低通滤波器自激振荡。
一、方案选择与论证
1、设计要求
1）设计RC低通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；
2）测量并调整静态工作点；
3）测量技术指标参数；
4）测量有源滤波器的幅频特性；
5）写成设计实验报告。
2、课题主要内容
设计制作一个截止频率f
H =200HZ，A
V
=2，Q=10，衰减速率为-40DB/十倍频程的低通滤波器。
3、课题研究思路、方法和要求
利用集成运放与RC元件组成有源滤波电路。要求：
截止频率f
H =200HZ A
V
=2，Q=10，衰减速率为-40DB/十倍频程的低通滤波器。
4、方案选择
滤波器在通信测量和控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器应在要求的频通内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器距此有一定的差异，为此人们采用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。
用运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点。因为不用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。由于运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻低，所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为10-3Hz~106Hz,频率稳定度可做到（10-3~10~10-5）/摄氏度，频率精度为+（3~5）%，并可用简单的级联来得到高阶滤波器且调谐也很方便。
滤波器的设计任务是根据给定的技术指标选定电路形式和确定电路的元器件。滤波器等的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的边界频率（没有特殊的说明时一般为-3dB截止频率），通带传输系数。阻带指标为带外传输系数的衰减速度（即带沿的陡变）。
（1）元器件的选择
一般设计滤波器时都要给定截止频率fc (ωc)带内增益Av，以及品质因数Q（二阶低通或高通一般为0.707）。在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表1初选电容值。
表 1.滤波器工作频率与滤波电容取值的对应
电阻的选择根据参数计算得的结果和市场上所出售的请况而选择，见附录清单。
电容的选择根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。
运放的选择本电路选择了八管脚的UA741单运放。
其管脚图如下，
Ua741管脚图
uA741 内部原理图（2）原理框图
RC有源滤波总框图
二、各单元电路的设计
1、单元电路的设计
(1）低通滤波器
二阶低通滤波器
如图（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
2．、单元电路性能参数
（1）低通滤波器
二阶低通滤波器的通带增益
截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
3、元件参数的计算
f
h
=2000hz Ao=2 Q=10 c=0.01uf
f o =1/2πRC→R=1/2πf
o
C=1/2π×2000×0.1×10-6=7961Ω
R=8.1kΩ
1/3-A
up =10→A
up
=2.9
1+R
f /R
1
=2.9→Rf=1.9R1
R1∥Rf=R1Rf/R1+Rf=1.9R12/2.9R1=2R=1.9R1/2.9=16.2kΩRf=1.9R1=1.9×24.7=46.9 ∴R1=24 kΩ Rf=46 kΩ
二阶低通滤波器
二阶低通滤波器性能参数表达式为
ωC2＝１/（CC1RR1）
Q=0.707
ωC/Q=1/R1C+1/R2C+(1+A V)/R2C1
A V=1+R4/R3
4、工作原理
滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路，带阻滤波器和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。
三、总电路图
二
阶低通
滤波器
五、设计小结
实验心得：
通过此次的课设，我学到了很多的知识，跨越了传统方式下的教与学的体制速愽，在论文的写作过程中，通过查资料和手集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过课程设计，学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的出来知识和实践相结合的问题。
在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。在设计电路过程中，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败，所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题。同时还必须有实事求是地分析问题的态度，知道理论和实际是有一些差别的。认清问题的前提，分析问题才是关键，只有认真地去分析问题才能更好的解决问题，分析问题时必须具备细心，耐心，恒心和毅力，同时还必须做到科学地具体地实事求是地分析问题。此次的论文的写作过程，我收获了很多，也将为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
本次课程设计的前期多半是在摸索中前进，当然付出中会有收获，本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的东西，同时也带给我成功的喜悦感，增加了我的自信心，当我看到由我自己设计的东西由想法变成实物时，我的心里充满了成功的喜悦感。回想起此次课程设计过程中经历的种种困难，遇到不明白的问题时，与他人讨论，请教老师的过程，所有的努力都指向一个明确的目标----确保课程设计的成功，我真的很感动。此次课程设计不仅使我学会了不少东西，更让我体会到人与人之间的沟通的乐趣，感谢此次课程设计过程中给予我们悉心指导的卜令涛老师，同时也感谢班级的其他同学，由于和他们一起的
努力使我成功完成了本次课程设计。
参考文献:
元器件清单：
PCB原理图：