二阶压控型低通滤波器的设计
二阶低通滤波器
课程设计说明书课程设计题目：有源二阶低通滤波器学院名称：信息工程学院专业：通信工程姓名：班级学号：同组人：指导老师：黄丽贞信息工程学院2010 年3月13 日课程设计任务书I、课程设计题目：有源二阶低通滤波器II、课程设计技术要求及主要元器件：〖基本要求〗：1) 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2)截止频率f c=2KHz；3)增益A vp＝2 ；〖主要参考元器〗：UA741CD芯片；III、电子专业课程设计工作内容及进度安排：第一周查阅资料，确定方案，Multisim仿真第二周设计制作，电路调试，撰写报告Ⅳ、主要参考资料：［1］童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006[2] 谢自美.电子线路综合设计(第一版) [M].武汉：华中科技大学出版社，2006[3] 沈小丰，余琼蓉.电子线路实验——模拟电路基础[M].北京：上清华大学出版社，2005摘要在现代的电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。
在我们日常生活中，几乎所有的电子部件都有使用滤波器，而且滤波器的优劣将直接决定电子产品的优劣。
鉴于滤波器与人们的生活息息相关，本文研究的对象正是一个二阶有源低通滤波器（巴特沃思响应）。
该电路主要采用了uA741运放，并且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减地通过电路，而通带外的其他信号将受到很大的衰减；从而提高滤波效果。
本设计运用uA741和RC选频网络实现了信号频率在给定的范围内通过，也在一定程度上提高了滤波效果。
关键字：二阶、频率衰减、滤波目录前言 (1)第一章二阶低通滤波器的设计要求 (2)1.1设计任务及要求 (2)第二章电路设计原理及方案 (3)2.1二阶有源低通滤波器的特点 (3)2.2设计原理 (4)2.3设计方案 (6)2.3.1芯片选择 (6)2.3.2二阶低通滤波器电路 (8)第三章滤波电路的详细设计 (9)3.1二阶有源低通滤波器的理论分析 (9)3.1.1频率特性 (9)3.1.2通带电压放大倍数AUP (9)3.2二阶低通滤波器的理论计算 (9)3.3用Mutisim仿真 (12)第四章电路的焊接与调试 (14)4.1电路的安装 (14)4.2电路的调试 (14)实验结论 (15)第五章设计心得和体会 (16)参考文献 (17)附录一 (18)附录二 (19)前言随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中占有不可或缺的核心地位。
压控电压源型二阶有源低通滤波电路
摘要：设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。
关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；一：实验内容及要求：设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=100 kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。
二：实验器材软件：Multisim仿真软件。
器材：正弦波信号源（f=200KHz 幅度：1v）,电容两个，电阻四个，集成运放3554AM一个。
三：实验电路对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。
理论计算 根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。
式(2)中，令s=jω，得到二阶低通滤波电路的频率特性为Ao=1+6RfR =1+1=2 通带截止频率fo 与3 dB 截止频率fc 计算如下所以，fc=1.272fo=126.53KHz四 Multisim 分析4．1 瞬态分析从图可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。
电压放大倍数Auf=2。
4.2交流分析从图中可以看出， 3 dB截止频率约为127 kHz。
与理论计算值值基本符合。
4.3参数扫描分析从图可以看出，曲线从下至上对应的电阻RF由100 Ω至1000 Ω幅频特性纵截止频率约为125 kHz。
并且，RF越大，Auf越大，Q越大，幅频特性曲线越尖锐。
在同样的设计截止频率下，Q值的不同对实际截止频率有较大的影响。
4.4傅理叶分析由图可知，输出电压的谐波失真率很小，为 4.61229%，符合实验设计要求。
4.5传递函数分析由图可知，输入电阻Ri=239.44900G，输出电阻Ro=400.3851放大倍数Au=1.99971，符合设计要求.压控电压源二阶低通滤波电路的设计与仿真分析学院：电子信息工程学院年级：2008级专业：自动化学号：00824032姓名：魏文龙完成日期：2012年5月14日参考文献：1黄智伟，《基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》，电子工业出版社，2008年1月2童诗白华成英《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2006年1月3。
二阶有源低通滤波器课程设计
目录一题目规定与方案论证........................................................ 错误!未定义书签。
1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器............................................. 错误!未定义书签。
1.1.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1.2 方案论证................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2（实训题题目）波形发生器与计数器............................................. 错误!未定义书签。
1.2.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2.2方案论证.................................................................................. 错误!未定义书签。
二电子线路设计与实现........................................................ 错误!未定义书签。
2.1二阶有源低通滤波器........................................................................ 错误!未定义书签。
2.2十位二进制加法计数器电路设计.................................................... 错误!未定义书签。
压控电源型二阶低通滤波电路设计和仿真
Q=
R4=0Ω时，Auf=1，Q=0.5
R4=6200时，Auf=2，Q=1
R4=11780时，Auf=2.9，Q=30
通过计算可知，R4越大，Auf越大，Q越大，幅频特性曲线越尖锐。
4.理论计算
通带截止频率f0= ≈99.5kHZ，fc对应3dB截止频率， = ，解得fc≈1.272f0=126.5kHZ。
5.仿真图
6.示波器分析
f0=200kHz
B通道即运放输出的幅值约为740mV，可见对幅值的衰减幅度比较大
f0=150kHz
B通道输出即运放输出的幅值约为1.35V，对于信号的放大倍数小于通频带放大倍数2
压控电源型二阶低通滤波电路设计与仿真
1.压控电源型二阶低通滤波器结构：
ห้องสมุดไป่ตู้2.设计要求：
截止频率100kHZ
品质因素Q=1
3.设计细则
选择运放：3554AM，带宽19MHZ，最大输出电流100mA，满足截止频率等要求
为设计方便，使R1=R2，C1=C2，C1 C2选为1nF， =1.59KΩ≈1.6KΩ，R1 R2取1.6KΩ，Q= =1，Auf=2，因此R4=R3，为使运放两输入端对地电阻相等，R3//R4=2R1，R3=R4=6.4KΩ，取R3=R4=6.2KΩ。
f0=100kHz
B通道即运放输出幅值约为2.73V，放大倍数近似为2
f0=2kHz
B通道即运放输出幅值约为2.828，输入信号与输出信号同频同相，放大倍数为2
7.伯德图如下图所示：
f0=2.247HZ，db=6.02，Auf=2
db=3.109，f0=125.574kHZ，和实际计算的结果十分相近。
二阶低通滤波器的设计--模电课设报告要点
课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计课程设计题目：二阶低通滤波器的设计学院名称：南昌航空大学信息工程学院专业：通信工程班级：学号：姓名：评分：教师：2013 年03 月06 日模拟电路课程设计任务书2012－2013 学年第2学期第 1 周－ 3 周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要有源滤波器是由工作在线性区的集成运放和RC网络组成，实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分。
本次实验根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路和无限增益多路反馈二阶有源低通滤波电路，用LM324系列芯片进行工作，内由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器组成，采用仿真软件Multisim12.0，对压控电压源型二阶有源低通滤波电路和无限增益多路反馈二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。
关键字：LM324，低通，滤波目录前言 (1)第一章系统设计方案选择 (2)1.1总方案设计 (2)1.2子框图的作用 (2)1.3方案选择 (3)第二章系统组成及工作原理 (4)2.1压控电压源二阶有源低通滤波器 (4)2.2无限增益多路反馈二阶有源低通滤波器 (5)第三章单元电路设计、参数计算、器件选择 (6)3.1压控电压源二阶有源低通滤波器设计及参数计算 (6)3.2无限增益多路反馈二阶有源低通滤波器的设计及参数计算 (6)第四章电路组装及调试 (8)4.1压控电压源二阶有源低通滤波器电路 (8)4.1.1调节方法 (8)4.1.2理论数据 (8)4.1.3实际测试数据 (8)4.1.4结果分析 (8)4.2无限增益多路反馈二阶有源低通滤波器电路 (9)4.2.1调节方法 (9)4.2.2理论数据 (9)4.2.3实际测试数据 (9)4.2.4结果分析 (10)4.3实物图 (10)第五章总结 (11)参考文献 (12)前言早先的滤波器是由电器，电容和电阻构成的无源电路，然而电感的使用带来了许多问题：第一，电感的损耗比电容大得多，因而其品质因数错误！未找到引用源。
二阶压控低通滤波器设计
二阶压控低通滤波器设计二阶压控低通滤波器是一种常用的信号处理电路，可以滤除高频信号，并且具有可调节截止频率的特性。
压控低通滤波器通常由一个滤波器和一个压控电阻组成，其中滤波器用于滤除高频信号，而压控电阻则用于控制滤波器的截止频率。
设计一个二阶压控低通滤波器的关键是确定滤波器的传递函数和压控电阻的特性。
一种常见的设计方法是使用巴特沃斯滤波器作为基础滤波器，然后通过改变压控电阻的阻值来调节截止频率。
首先，我们需要确定滤波器的传递函数。
二阶低通滤波器的传递函数一般为：H(s)=K/(s^2+s/Q+1)其中，s是拉普拉斯变量，Q是品质因数，K是传递函数增益。
根据巴特沃斯滤波器的特性，我们希望在截止频率处的增益为-3dB，即：H(jωc)，=1/√2根据传递函数的定义，可以得到：H(jωc)，=，K/(jωc)^2+jωc/Q+1，=1/√2将ωc代入，可以求得：K/(jωc)^2+jωc/Q+1，=1/√2对上式进行运算，可以得到：K/(-ωc^2+jωc/Q+1)，=1/√2由于左边的表达式是复数，我们可以将其绝对值平方，得到：K/(-ωc^2+jωc/Q+1)，^2=1/2进一步展开运算，可以得到：K^2/(ωc^4+1/Q^2ωc^2+1)^2=1/2移项并简化，可以得到：K^2=(ωc^4+1/Q^2ωc^2+1)^2/2因此，我们可以根据所需的截止频率和品质因数来确定传递函数的增益K。
接下来，我们需要设计压控电阻的特性。
压控电阻通常由压敏电阻和控制电压组成，其阻值随着控制电压的变化而变化。
在设计中，我们可以选择一个合适的压敏电阻，然后通过在电路中加入一个可调节电压源来控制压控电阻的阻值。
具体来说，我们可以选择一个二极管作为压敏电阻，并且将其正极连接到滤波器的输入端，负极连接到滤波器的接地点。
然后，我们可以通过改变二极管的控制电压来改变其阻值。
通过改变控制电压，我们可以改变压控电阻Rc的阻值，从而改变滤波器的截止频率。
二阶低通有源压控电源型滤波器设计与实现
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二阶低通有源压控电源型滤波器设计与实现作者：伊德日呼代沁萨日娜
来源：《中国新技术新产品》2012年第19期
摘要：随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理所不可或缺的部分，也得到了迅速的发展，且应用极为广泛，在卫星云图、电视信号以及雷达接收机当中滤波器是不可缺少的一部分。
本文介绍了滤波器的基本理论思想，具体阐述了低通滤波器的基本工作原理及设计方法。
设计出二阶低通有源压控电源型滤波器，并采用仿真，该滤波器效果优越。
关键词：滤波器；集成运放；放大倍数；频率
中图分类号：DF412.1 文献标识码：A
1滤波器
1.1滤波器的概念
1.2滤波器的幅频特性
1.3有源滤波电路
无源滤波电路是RLC等元件构成，不含受控电子器件的电路。
有源滤波电路是RLC等元件以外还用了线形组件等有源器件构成的滤波器。
由有源器件（晶体管或集成运放）和电阻、电容构成的滤波器称为RC有源滤波器。
滤波器分为一阶、二阶和高阶滤波器。
阶数越高，其幅频特性越接近于理想特性，滤波器的性能就越好。
如集成运算放大器可以构成体积小，品质因数高的有源滤波器。
2集成运算放大器
2.1集成运算放大器的基本组成
2.1.1输入级。
有源二阶低通滤波器
有源二阶低通滤波器成绩：分电子工程系课程设计报告书课程设计名称电子技术课程设计题目有源二阶低通滤波器学生姓名高浩宝专业电子信息工程班级2007QQ 0日期： 2009 年 6 月日摘要:本文主要介绍了二阶压控电压源低通滤波器, 低通滤波器是一种典型的选频电路，在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率，对滤波器的基本要求是：（1）通带内信号的衰减要小，阻带内信号的衰减要大，由通带过渡到阻带的衰减特性陡直上升；（2）通带内的特性阻抗要恒为常数，以便于阻抗匹配。
本滤波器主要用于限制信号于一定频率内通过.主要芯片为UA741运放器.在制作过程中运用到了protel,EWB等软件,用来制作电路板和设计的仿真计算等.关键字:低通;UA741;滤波; 截止频率；Abstract:The lowpass filter one selecting circuit frequently typical,give the frequency band definitely, in theory it make signal is it decay to have through circuit, the called outside of the bandpass other signal receive heavy decay very, very great frequency band that decays is called and hindered bringing, the bandpass and bounded frequency of hindering the area are called and closed at frequency, the basic demand of the wavefilter is: (1) Bandpass decay of signal light, hinder with interior signal heavy decay , carry out the transition to from bandpass decay brought to hinder characteristic steep to rise direct; (2)It is a constant that the characteristic in the bandpass is permanent in impedance, so that impedance is matched. This article introduced the active low pass filter,This filter mainly use in the clipped wave passing in the certainfrequencyThe main chip is UA741 transports putting。
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目录实验目的--------------－－--－--－----------------------－---－---------－------------－-------－---－---－-－-----－－－--－------- 3实验要求--－-－-－--－-------------－----－---－-－---－-－--－------－--－----－－--－---------－－--－--－-－-－-------－------－－-------- 3实验原理------－---------－－－--－－-----－-－----－--－－-----－-－------－-－-－----－--－------－---------－-----－－-－-－－－--------－-- 3滤波器基础知识简介---－--－----------－－-----－--－---------－--－----－--－-－--－----－-－----------------－-- 3有源低通滤波器（LPＦ）--－-－－---------－--－----－－-－--------－--------------－--------－------－-－-－--- 4二阶压控型低通滤波器-－--－-----－-－----－-----－---－－－--------－－－-－-－－-----－--------－-------－－-－-－－ 4实验设计－－-－--------－－------－-－--------------－-－----－－－-----－-－－-----－--－－-－----－---－－-------－－－－--－-－-------－--－--－- ５仿真分析--－-－---－---－--------－－----------－--－-－--－－－-----－－----－-－--－-------－--－－-－------－-－----------－----－-----－--- 6仿真电路----－----－--－----------－－－－------－------－-－--－-－-------－－-------－-----－－-－－--－---－-----－-－--－--－--－-－－---- 6实验结果-----－--－－--－-－-－--－-----－---－----－-－－-－-－--------－----------－----－---－--------－－－－--－－--－-----－------－-－- 7波特图仪显示-－--－－----－---－---－----－------------－－--------------－－－--－－-－－－------－--－------－-－--－-－－-----－－7AＣ交流分析显示-------－---－---------－－－--------－-－-－－------－-－-----－--－-－--－--------------－--－------- ９实验结果分析－-----－---－----－---－-－----－------－--－－－－－---－-－－-－---------------－－------－---－-----－--------－--－13理论计算－-----------－－---－---－-－－-－－－－---－-------－--------－------------－－－-－---－------－------－------－----－----－１3实验结果比较与分析－－－---－－--－----－-－--－-－--------－--－-----－-－-－---－--－----－－--－---------－--－-----－1３实验结论--－----－---－-------－-----－-－-－－－-－-----------－--－---－-------－－-－-－--－-－--－----－-－----－-----－--－－--－--－----－--- 14参考文献－－--－------－－-－----－---－--－-－-－------－--－－--------－－-－---－-----－-－-----－-----－-－----－----－-－---－-------－-－---－14实验目的：1、熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；2、学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；3、学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法;4、学习利用Multiｓim仿真软件进行电路仿真分析。
实验要求:设计一个二阶压控型低通滤波器。
要求：通带增益为2，截止频率为2KHz，可以选择0．01μF的电容器,电阻的阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，用Multｉｓｉm仿真软件进行仿真分析，并画出其频率特性曲线。
实验原理:1、滤波器基础知识简介按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LＰF）、高通滤波器（HPＦ)、带通滤波器(BPF）、带阻滤波器(ＢEF)几种。
按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。
如果滤波器仅由无源元件(电阻、电容和电感)组成，则称之为无源滤波器；若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等)，则称之为有源滤波器。
由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC有源滤波器。
由于集成运放有带宽的限制,目前RＣ有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MＨz。
2、有源低通滤波器(ＬPF)低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过,抑制高频分量。
有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础,与集成运放连接而成。
3、二阶压控型低通滤波器二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。
图错误!不能识别的开关参数。
．二阶压控型低通滤波器原理图将电容器C１的接地端改接到运放的输出端，引入了正反馈。
由于在通带内电容器可视为“开路”,因此C1的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即Aup＝1＋RfR1。
为简化计算,令R2=Ｒ3=R，C1=Ｃ2=Ｃ，根据“虚短”和“虚断”特性以及叠加定理可解得传递函数:Aus＝Uｏ(s)Ｕi(s)=11+3-AupｓＣR+(sＣR）2Auｐ令s＝jω,得滤波器的频率响应表达式:Au＝Aup１-ff02＋j(３-Aｕp)fｆ０式中ｆ０=12πRC。
令1-fＨｆ02+j(3-Aｕp）ｆHf0=2解得该滤波器的上限截止频率为ｆＨ=1+5２f0≈1.27f0定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f＝f0时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比,即Q=13-Ａuｐ在实际应用中,Q的调节范围为0．5≤Ｑ≤100,一般选取Ｑ=1附近的值。
实验设计本次实验采用上述二阶压控型低通滤波器电路图。
令Aup=１+ＲfＲ１=2fH＝1+５2f0≈1.2７f0＝1.２71２πRC=2KHz可取Ｒ１=Rf=100KΩ,C=０.01μF,R=10.１22ＫΩ仿真分析运用Ｍultiｓｉm软件对上述实验设计思路进行仿真分析。
1、仿真电路运用Multiｓｉm绘制的实验电路图如下图错误!不能识别的开关参数。
.实验设计电路图电路中,XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。
XBＰ１有两组端口，左侧IＮ是输入端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输入端的正、负端子；右侧OUT是输出端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输出端的正负端子。
XBＰ1的IＮ端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。
2、实验结果２.１波特图仪显示运用Mｕltisim中的波特图仪(ＸＢP１）观察二阶压控型低通滤波器的频率特性。
XBP１的设置以及观察结果显示如下:图错误!不能识别的开关参数。
. XBＰ1的幅频显示1图错误!未定义书签。
．ＸBP1的幅频显示2图4．XBP1的幅频显示3图错误!不能识别的开关参数。
. ＸBP1的相频显示1图 6. XＢP１的相频显示２根据上述五幅波特图仪的显示可知：该滤波器呈现低通状态。
在f=1mＨz即通带内2０ｌg Au=6．021dＢ，Au的相移为0Deg；在ｆ=f0＝1.577KHz时，20lg Aｕ=5．99４dB;在f=2.13６KHｚ时，2０lg Au=1.9dB,Au的相移为-122.5３４Ｄｅｇ。
２.2 AC交流分析显示运用Muｌtisiｍ的AC交流分析功能对该滤波器进行仿真分析。
显示节点后的电路如下:图错误!未定义书签。
. 交流分析电路图节点２的输出结果如下页:图错误!未定义书签。
. 交流分析的幅频输出图错误!未定义书签。
.交流分析的相频输出图12. 交流分析V２幅频输出2图1３．交流分析Ｖ2的幅频输出3图错误!未定义书签。
. 交流分析V２的相频输出1图错误!不能识别的开关参数。
．交流分析V2相频输出2根据上述七幅V2的交流分析输出结果可知：该滤波器呈现低通状态。
在f=1mHｚ即通带内Ａu=2,Au的相移为-36.５57９mDｅg;在ｆ=ｆ0=１.5636KＨz时,Au＝２.0034;在ｆ=2.０063KHｚ时，Ａu＝1.404６,Aｕ的相移为－１1６.706９Deg。
实验结果分析3．1理论计算由二阶压控型低通滤波器的工作原理分析可知:通带电压放大倍数Aup=1+RfＲ1=2;Au＝Aｕp1-ff02+j(3-Ａuｐ)fｆ０所以,在通频带内,Au=Aup=2，2０lg Au＝6.021ｄB,相移θ=０;当f＝ｆ0＝１.575ＫHz时，Aｕ=Aup=2，20lg Au＝6.0２1dＢ；当f=ｆH=２KHｚ时,Au＝1.４１82, 20lgＡu＝3.035dB,相移θ＝-115．762Ｄeg。
3．2实验结果比较与分析通过比较分析波特图仪（XＢP１)、AC交流分析的输出结果和理论计算值,本次实验设计在误差范围内可以满足实验要求，设计思路正确合理。
误差分析:1、实际的集成运算放大器并非是理想的，故将其看作理想运放来分析存在误差（主要误差）;2、电阻与电容的实际参数与标称值不等，存在微小误差；3、导线及电路各节点处有微小电阻;实验结论1、二阶压控型LPF的幅频特性在f＝ｆ0处会出现抬升现象,此时正反馈作用最强,使该频段的闭环增益加大；2、本次实验设计在误差范围内,能够满足实验设计要求。
参考文献[1] 王淑娟,蔡惟铮，齐明.模拟电子技术基础[Ｍ］．北京：高等教育出版社，20０9．[２] 孟涛．电工电子EDA实践教程[M]. 北京:机械工业出版社,2010．[3] 廉玉欣．电子技术最基础实验教程［Ｍ]. 北京:机械工业出版社，2010.。