二阶压控低通滤波器设计
二阶压控型低通滤波器的设计
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。
二阶压控电压源低通滤波器
二阶压控电压源低通滤波器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.引言滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。
滤波器已大量渗入现代技术中。
很难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。
在现代通信和信号处理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一些例子而已低通滤波器：在低频率规定的范围内才能通过信号，利用这一性质可以滤出干扰频率的信号，留下我们所需的频率高的信号。
它的用途很广泛，比较接近我们生活的有带通滤波器用于有线电视网的终端用户或单向用户处，其功能是用来屏蔽反向带宽，以避免单向用户的信号反馈，从而有效避免了网络中由于单向用户的信号反馈对整个双向网络的噪声影响，有效保证了双向网络的正常工作1 Protel设计技术Protel是Altium公司推出的电路CAD（计算机辅助设计）软件。
Protel DXP是该公司推出的最新一代板级桌面设计系统。
它是第一套基于Windows环境的设计软件，全部设计工具集成于同一环境下，全面支持网上大规模协同设计，使我们设计在更复杂的、多层次的、高频率、高速度、高密度的电路时更加快捷容易。
凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。
滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
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。
二阶低通滤波器设计报告
二阶低通滤波器设计报告设计目标：设计一个二阶低通滤波器，实现对输入信号的高频成分进行抑制，从而实现信号的平滑处理。
设计原理：二阶低通滤波器是基于巴特沃斯（Butterworth）滤波器的设计方法。
巴特沃斯滤波器是一种特殊的滤波器，其特点是在通带范围内具有最平坦的幅频特性，且在阻带范围内具有最快的衰减。
设计步骤：1. 确定滤波器的通带截止频率和阻带截止频率。
通带截止频率是指在该频率之前的信号成分会通过滤波器，而在截止频率之后的信号成分会被滤波器抑制。
阻带截止频率是指在该频率之后的信号成分会被滤波器抑制。
2. 根据巴特沃斯滤波器的设计表格，可以得到二阶低通滤波器的主要参数：截止频率、通带增益和阻带衰减。
3. 根据所给的截止频率和阻带衰减要求，在设计表格中找到相应的参数值，并得到对应的通带增益。
4. 根据得到的参数值，可以计算出二阶低通滤波器中各个阶段的传递函数和巴特沃斯滤波器的极点位置。
5. 根据所得到的传递函数和极点位置，可以确定滤波器的系统函数。
6. 可以使用系统函数进行滤波器的频率响应仿真和频率响应曲线的绘制。
7. 根据设计需求，可以进行滤波器的进一步优化，如增加滤波器阶数或采用其他滤波器设计方法。
设计结果：根据给定的截止频率和阻带衰减要求，得到了二阶低通滤波器的参数值。
通过系统函数的频率响应仿真和绘制，可以验证滤波器的设计效果。
结论：二阶低通滤波器是一种常用的滤波器设计方法，可以实现对信号的高频成分进行抑制，从而实现信号的平滑处理。
通过合理选择滤波器的参数值，可以得到满足设计要求的滤波器。
在实际应用中，可以根据具体需求对滤波器进行进一步优化，以获得更好的滤波效果。
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。
最新模电大作业-二阶压控型低通滤波器的设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y模电课程大作业（1）设计题目：二阶压控型低通滤波器的设计院系：电气工程及自动化班级：设计者：学号：设计时间：一、设计要求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，阻值尽量接近实际计算值。
电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim软件进行仿真分析。
二、实验原理二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。
图1. 二阶压控型低通滤波器原理图将电容器错误！未找到引用源。
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”，因此错误！未找到引用源。
的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即错误！未找到引用源。
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：令s=错误！未找到引用源。
，得滤波器的频率响应表达式：式中错误！未找到引用源。
令错误！未找到引用源。
=错误！未找到引用源。
解得该滤波器的上限截止频率为错误！未找到引用源。
≈1.27错误！未找到引用源。
定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f=错误！未找到引用源。
时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即Q=错误！未找到引用源。
在实际应用中，Q的调节范围为0.5错误！未找到引用源。
，一般选取Q=1附近的值。
三、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。
令错误！未找到引用源。
≈1.27错误！未找到引用源。
=1.27错误！未找到引用源。
根据实验提供的电阻参数要求可取错误！未找到引用源。
，C=0.01错误！未找到引用源。
，R≈10错误！未找到引用源。
四、仿真分析及仿真结果Multisim仿真实验电路图：图2.实验设计电路图XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。
XBP1的IN端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。
仿真结果PSpice仿真实验电路图：仿真结果：五、实际操作结果1、实物连接图。
二阶压控低通滤波器设计
哈尔滨工业大学“二阶压控低通滤波器”设计姓名：班级：学号：2015.06.13一、摘要低通滤波器是一种典型的选频电路。
本文详细介绍二阶压控电压源低通滤波器的设计方法,给出了其通用电路图。
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，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。
本设计用Multisim10对其进行仿真观察，得出实验结论.二、关键词滤波器、二阶低通、压控型三、引言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。
本次通过对滤波器基本理论的学习，简单阐述二阶压控低通滤波器的工作原理，并根据题中所给的已知量进行参数设计。
四、正文4.1.设计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，阻值尽量接近实际计算值。
电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim 软件进行仿真分析。
4.2.方案提出在普通有源二阶滤波器中，其幅频特性曲线在下降时，实际变化与理想状态下的变化相差很大，这就造成了滤波器性能的下降。
因此考虑引入合适的反馈，增大幅频特性在0f f 处的衰减速率，同时使幅频特性又不过于抬升。
如图1所示，当Q 值不同时，幅频特性曲线也不同。
图1 二阶压控LPF的幅频特性4.3.分析过程图2 二阶压控LPF二阶压控有源滤波器如图2所示。
将图中电容1C接到运放输出端，引入正反馈。
由于在通带内电容可视为开路，因此1C的改接不影响滤波器的放大倍数，即211up R A R =+。
取12C C =，根据“虚短”、“虚断”特性和叠加定理，有： ()()o up U s A U s +=1()()1N U s U s sCR+=+()()()()[()()]0i N N N o U s U s U s U s U s U s sC R R+-----=联立解得：2()1()()1(3)()o u up i up U s A s A U s A sCR sCR ==+-+ 由上式，滤波器的频率响应可以写为:2001()(3)upup A f f j A f f A •=-+-式中012f RCπ=当0f f =时，可以简化为(3)up up A j A A •=-根据条件有001.27H f f =≈=2KHz ，解得RC241.010610s -⨯，其中C20.01μF ，故取R210H 。
二阶低通滤波器设计
二阶低通滤波器设计
二阶低通滤波器是一种经典的滤波器，它可以将高频信号滤除，只保留低频信号。
其设计过程主要包括选择滤波器类型、确定截止频率、计算电路元件值等步骤。
在具体设计中，可以采用巴特沃斯、切比雪夫等滤波器类型，根据具体应用场景和要求选择不同的类型。
截止频率的选择需要考虑信号频段和滤波器阶数等因素，一般采用标称值进行选择。
最后，根据所选滤波器类型和截止频率计算电路元件值，完成电路设计。
设计完成后，需要进行电路仿真和实验验证，确保滤波器的性能和稳定性满足要求。
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哈尔滨工业大学
“二阶压控低通滤波器”设计
姓名:
班级:
学号:
2015.06.13
、摘要
低通滤波器是一种典型的选频电路。
本文详细介绍二阶压控电压源低通滤波 器的设计方法 ,给出了其通用电路图。
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， 衰减的频段称为阻 带，通带 Multisim10 对其进行仿真观察，
、关键词
滤波器、二阶低通、压控型
三、引言
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。
本次通过对滤波器基本理论的学习， 简单阐述二阶压控低 通滤波器的工作原理，并根据题中所给的已知量进行参数设计。
四、正文 4.1.设计要求
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0.01卩F 的电容器，阻值尽量接近实际计算值。
电路设计完后，画出频率 响应曲线，并
采用 Multisim 软件进行仿真分析。
4.2. 方案提出
在普通有源二阶滤波器中，其幅频特性曲线在下降时，实际变化与理想状态 下的变化相差很大，这就造成了滤波器性能的下降。
因此考虑引入合适的反馈， 增大幅频特性在f f o 处的衰减速率，同时使幅频特性又不过于抬升。
如图1所 示，当 Q 值不同时，幅频特性曲线也不同。
通带外的其他信号将受到很大的衰减， 具有很大 与 阻带的 交 界频率称 为截止 频率。
本设 计用 得出实验结论 .
201g
图1二阶压控LPF的幅频特性
43分析过程
图2二阶压控LPF
二阶压控有源滤波器如图2所示。
将图中电容G接到运放输出端，引入正反
馈。
由于在通带内电容可视为开路，因此C的改接不影响滤波器的放大倍数，即
取G G ，根据 虚短” 虚断”特性和叠加定理，有:
联立解得:
1 (3 A Up )sCR (sCR)
2A up
由上式，滤波器的频率响应可以写为：
f 2
f
1 (-) j(3 A up )-
m
f
式中
f
2 RC
根据条件有 f H yp f o 1.27 f o =KHz ，解得 RC21.0106 10 4
s ，其中
C20.01 卩 F ,故取 R210H 。
由于 A up 1 —2
2K ，取 R R 2 10K 。
R 1
至此，所有参数计算完毕。
此处采用 A741芯片，=uA741M ，uA741I ，uA741C (单运放)是高增益运算 放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护 和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压 调零能力与使用适当的电位。
其引脚图如图 3所示，相关参数如图4所示。
U o (s) A up U (s)
U (s)
U N (S )
sCR
U i (s) R
U N (S )
[U N (S ) U o (s)]sC
U N (S ) U (s)
f o
Alp
当f
f o 时，可以简化为A
A
j(3 A up )
OFFSET NI [
IN-[
IN* [ VCC-[
]NC ] ]OUT
1 OFFSET N2
图3= A741引脚图
UA741
Qf ( P ；i
Total Supply Voltage t + b\/=5. */-BV=LOj
Toial Supply VOltiiye ^MdS(|| {»SV""!. ^7 5V"IOt
V E (Offset Vo 口K 直；5C) (Mu 以{tnV ：
][B (Maxi (pA) 1500000
1500000
]q chanrel 冊就{mA]
i-e Rjting i
Military
WIHtjr y
0 阻 ntiM F 的 pwitu 世 Rargt (C)
O' TO
70 Oto 70 P in/Package
8PDIP as 8MJIC
14PDIP
4.4.仿真结果 rr tt
图4= A741相关参数
仿真电路图如图5所示，通过交流分析，其输出幅频特性曲线如图 波特图如
图8所示。
6所示,
IUA747
SI'ew Rdle (Typ) fV/iJs) 0-.5
Q.S CMRR {Mln ： M
70
70
图5仿真电路图 Grdphm 「View
r - L - -. -L. " riol- c &U 每⑥％為： DC MWM I T 暫 pwlt I K 和D DC^wr I DC S^ER ' DC Sw-p || AC-Ana 厲匚助三口出 巴£日：(0■碟漆 宙召SlijQ D
CircuitJ AC Anal 蚀 13
J.t >Wg
■I -xn.'b-
10 ± lOk
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Gifaei y
1』丽
5fert«J Trj«-VG! 图6仿真幅频特性、相频特性图
4.5.结果分析
图7波特图分析电路
Bode Plotter-XBPI
*
Mode
-Controls ----------
I Reverse | Save
1 Lng
Lin 1
丨Log
Lin 1
1
[G H Z
F |o dB 1 |mHz
I
1-200 ds
Vertical
F
I Magni
tLidft
厂 Horizontal
+ r tn r - +r out r -
图8仿真波特图
由仿真结果可容易看出，当f 2KHZ时，A up 耳，当频率较小时A up 2。
即通带增益为2,截至频率为2KHZ与题目中给出的条件对比知，所设计的电路满足要求,通过仿真验证了设计结果的正确性。
设计完成。
五、结束语（心得体会）
通过本次设计，加深了对集成运算放大器线性应用的了解，学会了一些模拟电子设计的基本方法，通过对电路的仿真，加深了对Multisim 的熟悉，学会了交流分析与波特图分析方法，为以后的学习打下了良好的基础。
同时，通过查阅相关文献，了解了一些低通滤波器的电路，拓宽了视野。
六、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，K009.
[K]=李海燕=Multisim=&=Ultiboard电路设计与虚拟仪器仿真=北京：电子工业出版社，K01KK
[3]北方交通大学,冯民昌主编:[模拟集成电路系统]（第2版）北京中国铁道出版社1998
[4]汪惠.王志华编著:[电子电路的计算机辅助分析与设计方法]北京.清华大学出版社1996。