二阶有源低通滤波器

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：二阶有源低通滤波器

学院名称：信息工程学院

专业：电子信息工程班级： 090412

学号： 05 姓名：吴平

评分：教师：彭嵩

20 11 年 04 月 07 日

《模拟电路》课程设计任务书20 10 －20 11 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周

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。

在制作过程中运用到了multisim这款软件,用来设计仿真计算等.

经过一系列的分析、准备、电路焊接、检查。本次课题设计除在美观方面和结果不理想（存在误差）外。本次电路设计完成了设计要求。

关键字:低通;集成运放;滤波;截止频率；

第一章设计任务 (5)

第二章系统组成及工作原理

2.1 电路图及仿真效果图

电路一（电压控电压源） (6)

电路二（无限增益多路反馈） (6)

2.2 电路组成及各部分工作原理

电路组成 (7)

各部分工作原理 (7)

第三章电路参数计算、器件选择

截止频率f·····························`9

增益Av (10)

第四章实验、调试及测试结果与分析 (11)

结论与体会 (13)

参考文献 (14)

附录一 (15)

附录二 (16)

第一章设计任务

设计一个低通滤波器能达到以下要求：

分别用电压控电源和无限增益多路反馈两种方法设计电路；

截止频率fc=2KHz;

增益Av=2；

电路焊接简明，清晰；

小组成员独立完成布局设置，资料搜集，和参数设计。在规定时间内合作完成电路的焊接，调试。最后经指导老师检查，基本能达到设计要求的效果。

第二章系统组成及工作原理2.1 电路一（压控电压源）的电路图及仿真效果图

电路二（无限增益多路反馈）的电路图及仿真效果图

2.2 电路组成及各部分工作原理

电压控电压源电路组成

由两个RC环节和同相比例放大电路组成压控电压源的基本电路，如上一章电路图一R1C1和R2C2。由于C1接到集成运放的输出端，形成正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压的控制，且输出电压近似为恒压源，所以又称之为二阶压控电压源低通滤波器。当C1=C2=C时，称f0=1/2πRC。选择合适的参数，就可使得f=fp附近的电压放大倍数因正反馈而得到提高，从而使电路更接近于理想低通滤波器。

无限增益多路反馈电路组成

和压控电压源的区别是：其中运放为反相输入，输出端通过形成两条

反馈支路，故称无限增益多路反馈电路。其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节对其性能参数会有影响，故应用范比VCVS电路要小。

第三章电路参数计算、器件选择

所用芯片:LM324

1.概述与特点

LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作，但亦可在双电源条件下工作。本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域中有广泛的应用。其特点如下：

●具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3V~30V，双电源

±1.5V~±15V

●内含相位校正回路, 外围元件少

●消耗电流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞)

●输入失调电压低:±2mV (典型值)

●电压输出范围宽：0V ~ Vcc—1.5V

●共模输入电压范围宽：0V ~ Vcc—1.5V

●封装形式：DIP14

2.

图2 LM324N实物图图3 LM324N管脚图

压控电压源电路

有源二阶源滤波器电路如上图，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞fc时（fc 为截止频率），电路的每级RC电路的相移趋于-90º，两级RC 电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过，传输函数为：

与低通滤波的传输函数的通用表达式：

相比，得有源二阶低通滤波器性能参数表达式为：

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//R4。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[4]，选择集成运放的型号为

LM324，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（取标称值为

5.6KΩ+30Ω ），R2 ＝11.25KΩ（取标称值为11KΩ+240Ω ），R3 ＝R4 ＝33.76KΩ （取标称值为33KΩ+750Ω），C1＝C＝0.01μF。

无限增益多路反馈的参数设计查表可得:

设计一个二阶无限增益多路反馈1dB低通滤波器，增益Kp = 2，截频（指纹波之间的终止频率）f c = 2KHz。设计步骤如下：

按上述快速设计方法得到标称的电容取C ＝0.01μF，对应的参数K＝2，也可以由式

K= 100 /( f c*C1)= 100/(2000*0.01)=5

从下表中查出Kp＝2时，电容C1＝C＝0.01μF，K＝1时的电阻值。

R1=2.602 KΩ

R2=5.204 KΩ

R3=8.839 KΩ将上述电阻值除以参数K=5可得结果

第四章实验调试及测试结果分析

压控电压源仿真结果: