模电课程设计——有源低通滤波器的设计
模拟电子技术设计性实验方案有源滤波器设计
模拟电子技术实验设计性实验方案实验题目：有源滤波系统设计班级：物理学2011级（1）班学号：2011433132小组成员：甘国良刘秦指导教师：潘金福凯里学院物理与电子工程学院2013 年12月有源滤波系统设计一、实验设计目的1、综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；2、培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；3、实践利用EDA 软件绘制电子线路原理图、PCB 图。
二、设计内容与要求1、设计二阶有源低通滤波器，要求截止频率1000H f Hz =;通带内电压放大倍数 1.5up A =,品质因素0.707Q =2、设计二阶有源高通滤波器，要求截止频率1000L f Hz =;通带内电压放大倍数 1.5up A =，品质因素0.707Q =。
3、设计二阶有源带通滤波器，要求截止频率1000L f Hz =;通带内电压放大倍数 1.5up A =,品质因0.707Q =。
三、实验设计原理 1、框图设计图1 有源滤波器整体设计2、整体电路分析（1） 二阶压控电压有源滤波器电路分析用运放与少量RC 元件构成的有源滤波器具有体积小、性能好、调整方便等优点。
在信号处理方面得到了极为广泛的应用。
二阶压控电压源有源滤波器典型的结构如所示。
图3.1 中17~y y 是电路中的导纳。
图3.1 二阶压控电压源有源滤波器二阶压控电压源有源滤波器传递函数的一般表达式为：14512341234()()()()[(1)]up o U i up A y y V s A s V s y y y y y y y A y y ==+++++-+ （3-1） 式中01f up R A R =+表示同向输入端的电压增益，适当选择17~y y ，就能构成低通、高通、带通及带阻等有源滤波器。
（2） 二阶有源低通滤波器工作原理电路为典型的单端正反馈型低通有源滤波器。
它是由两节RC 滤波电路和同相放大电路组成，其中同相比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。
有源低通滤波器的设计
有源低通滤波器的设计设计一个有源低通滤波器的过程主要包括以下几个步骤：确定滤波器的需求，选择电路拓扑，选择合适的放大器和电容阻值，进行电路分析和仿真，最后进行实际电路搭建和测试。
首先，确定滤波器的需求。
需要确定滤波器的截止频率以及通带增益和带宽要求。
根据应用的需求来选择合适的参数，例如音频领域常见的截止频率为20Hz-20kHz。
接下来选择电路拓扑。
常见的有源低通滤波器的电路拓扑包括巴特沃斯低通滤波器、切比雪夫低通滤波器和椭圆低通滤波器等。
根据滤波器的截止频率和带宽要求选择合适的拓扑。
然后选择合适的放大器和电容阻值。
在有源低通滤波器中，放大器起到放大信号和增加滤波器的增益的作用。
需要选择一个合适的放大器来满足放大要求。
电容和电阻用于构成滤波器的传递函数，需要根据滤波器的截止频率来选择电容和电阻的数值。
接下来进行电路分析和仿真。
根据所选的电路拓扑，将电路进行各种算法和公式分析，得到滤波器的传递函数和各种性能指标。
然后使用仿真软件进行电路仿真，验证滤波器设计的正确性，并调整各个参数以满足设计要求。
最后进行实际电路搭建和测试。
根据仿真结果，搭建实际的电路并进行测试。
测试可以包括输入输出波形的对比分析，频率特性曲线的测量等。
如果测试结果不符合设计要求，需要进行调整和优化。
总结一下，设计一个有源低通滤波器需要确定滤波器的需求，选择电路拓扑，选择合适的放大器和电容阻值，进行电路分析和仿真，最后进行实际电路搭建和测试。
整个设计过程需要综合考虑滤波器的性能和应用需求，通过不断调整和优化来获得满足要求的滤波器设计。
有源低通滤波器设计
有源低通滤波器设计有源低通滤波器（Active low-pass filter）是一种电路，用于将高频信号从输入信号中滤除，只传递低频信号。
它由一个有源元件（如运算放大器）和被动元件（如电阻和电容）组成。
有源低通滤波器可以通过调整电路参数来实现不同的截止频率，并且具有较高的增益和较低的失真。
1. 确定电路结构：有源低通滤波器的基本电路结构通常是由一个运算放大器和被动元件（电阻和电容）组成的。
常见的结构包括Sallen-Key结构、多级级联结构等。
根据设计要求选择适合的电路结构。
2.选择元件参数：元件参数的选择决定了有源低通滤波器的截止频率和增益等性能。
根据设计要求确定电阻和电容的数值。
通常，电容的大小与截止频率成反比，而电阻的选择可以根据需要来确定。
3.进行频率响应分析：通过对电路进行频率响应分析可以评估有源低通滤波器的性能。
频率响应分析可以通过理论计算、模拟仿真和实验验证等方式来进行。
在进行频率响应分析时，需要计算或测量电路的增益和相位的变化随频率的变化情况。
4.优化设计：根据频率响应分析的结果，可以对设计进行优化。
例如，根据需要可以调整电容和电阻的数值来实现所需的截止频率和增益。
同时，通过优化元件的选择，例如选择高质量的电容和电阻，可以改善有源低通滤波器的性能。
总结：有源低通滤波器设计涉及电路结构选择、元件参数选择和频率响应分析等步骤。
通过合理选择电路结构和元件参数，并进行频率响应分析和优化设计，可以实现所需的低通滤波器性能。
在设计过程中需要考虑电路的稳定性、失真等问题，以保证滤波器的可靠性和性能。
有源低通滤波器的设计
有源低通滤波器的设计有源滤波器是一种使用有源元件（如运放）来构成的滤波器。
有源滤波器具有较低的输出阻抗和较高的增益，并且能够提供较大的增益和较低的失真。
有源低通滤波器是一种能够通过滤除高频信号而传递低频信号的滤波器。
它可以应用于音频信号处理、视频信号处理和通信系统中，用于去除噪音、改善信号品质等。
本文将介绍有源低通滤波器的设计原理和步骤，以供读者参考。
1.确定滤波器的截止频率：首先，根据需要滤除的高频信号范围，确定滤波器的截止频率。
截止频率是决定滤波器的性能的重要参数之一，它决定了滤波器在不同频率范围内的衰减特性。
2.选择合适的滤波器类型：根据应用场景和信号要求，选择合适的有源滤波器类型。
常见的有源滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
不同的滤波器类型具有不同的性能和设计要求，需要根据具体情况选择。
3.设计滤波器的电路结构：根据选择的滤波器类型和截止频率，设计滤波器的电路结构。
有源低通滤波器通常由运放、电阻和电容组成。
根据电路结构设计电容和电阻的数值，以满足滤波器的要求。
4.计算反馈电阻和输入电阻：根据电路结构和信号要求，计算滤波器的反馈电阻和输入电阻的数值。
反馈电阻决定了滤波器的增益和频率响应，输入电阻影响了滤波器的输入阻抗和信噪比。
5.选择适当的运放：根据滤波器的增益要求和频率响应，选择合适的运放器件。
不同的运放器件具有不同的增益、带宽和失真等特性，需要根据具体要求选择。
6.绘制电路图并进行仿真：根据设计的滤波器电路结构和参数，绘制电路图，并进行仿真分析。
通过仿真可评估滤波器的性能，如增益、相位延迟和截止频率等。
7.电路实现和调试：根据仿真结果，实现电路并进行调试。
调试过程中需要注意电路的稳定性和可靠性，同时还需要进行频率响应测试和输出波形观察，以验证设计结果。
总结：有源低通滤波器是一种常见的滤波器类型，其设计步骤包括确定截止频率、选择滤波器类型、设计电路结构、计算反馈电阻和输入电阻、选择适当的运放器件、绘制电路图并进行仿真分析，最后实现电路和调试。
有源滤波器的设计和实现_课程设计.
成绩齐鲁理工学院课程设计说明书题目有源滤波器设计课程名称模拟电子技术B二级学院机电工程学院专业自动化班级 2015级学生姓名李德顺学号 201510532020指导教师臧红岩范卉青设计起止时间：2016年12月19日至2016年12月23日目录一、设计任务与要求 (2)二、设计方案 (3)2.1 总方案设计 (3)2.1.1 方案框图 (3)2.1.2 子框图的作用 (3)2.1.3 方案选择 (3)三、设计原理与电路 (5)3.1 单元电路的设计 (5)3.1.1 原理图设计 (5)3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 (6)3.2 元件参数的计算 (8)3.2.1 二阶低通滤波器 (8)3.2.2 二阶高通滤波器 (9)3.2.3 二阶带通滤波器 (9)3.3 元器件选择 (9)3.4 工作原理 (10)四、电路的组装与调试 (11)4.1 MultiSim电路图 (11)4.2 MultiSim仿真分析 (13)五、设计心得 (16)附录 (16)附录Ⅰ元件清单 (17)附录Ⅱ Protel原理图 (17)参考文献 (18)有源滤波器设计摘要：在《模拟电子技术基础》的学习基础上，针对课设要求，设计了多重反馈有源带通滤波器。
本次设计，是有电阻、电容、放大器组成的电路。
该滤波器的中心频率是10KHz。
该滤波器阻值低于50Hz和高于20Hz频率的信号通过，只允许50Hz到20KHz之间的信号通过。
该滤波器属于有源滤波器，由无源元件和有源元件组成。
这类滤波器的优点是：带内的信号不仅没有消耗能量，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相连是相互影响很小。
设计用到了LM324放大器，它既可接单电源使用（3~30V），也可以接双电源使用（±1.5~±15V），不需要调零。
关键词：RC网络；反馈网络；运算放大器；滤波器1 任务与要求1.1 设计任务有源滤波器是由有源元件和无源元件(一般是R 和C)共同组成的电滤波器，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。
模电课程设计 多功能有源滤波
模电课程设计多功能有源滤波————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：个人收集整理勿做商业用途模拟电路课程设计报告设计课题：多功能有源滤波器专业班级：学生姓名：学号:指导教师：设计时间:题目：多功能有源滤波器一、设计任务与要求1．设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，通带AV=1；2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
二、方案设计与论证根据设计任务要求设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，并用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V），为运算电路提供偏置电源。
1、直流电源部分电路可把220V的交流电变成+12V和—12V的直流电源,电路图如图1所示。
V1220 Vrms 50 Hz 0°D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4007R21kΩR31kΩU1LED_RED_RATED93U4LM7812CTLINE VREGCOMMONVOLTAGEU5LM7912CTLINE VREGCOMMONVOLTAGE4586T2TS_AUDIO_10_TO_1C23.3mFC13.3mFC3100nFC4100nFC5330nFC6330nFC7220uFC8220uF U2LED_GREEN_RATED101715图1 直流稳压电源2、多功能有源滤波器部分方案一用一个求和电路输出三个信号,再用三个Ua741分别实现高通、带通、低通功能电路，其方框图如图2所示。
图2 方案一原理方框图方案二通过比例、求和、积分等若干基本运算电路组合，外接几个电阻，就可实现多功能有源滤波功能，用3个uA741，电容，电阻调节适当参数可实现，如图3所示.R110kΩR210kΩR310kΩR410kΩR510kΩR610kΩR75kΩC110nF C210nF V15 Vrms 60 Hz 0° 150U2OPAMP_3T_VIRTUALU5OPAMP_3T_VIRTUALU1OPAMP_3T_VIRTUAL9121016011131400图3 多功能有源滤波器原理图方案论证由于要同时实现高通、带通、低通功能，方案一计算不方便，电路复杂，接线不方便,易接触电阻，增大误差，制作难度大。
毕业设计有源模拟低通滤波器的设计与分析
毕业设计有源模拟低通滤波器的设计与分析一、引言低通滤波器是电子电路中常见的一种滤波器，它能够将输入信号中高于一定频率的成分滤除，保留低频成分。
本文将对有源模拟低通滤波器的设计与分析进行研究。
二、设计目标1.设计一个具有指定通频带和截止频率的有源模拟低通滤波器；2.分析滤波器的频率响应特性及相应功能。
三、设计思路有源模拟低通滤波器的设计可以采用RC积分器和有源放大器结合的方式。
通过选择适当的RC电路参数和有源放大器的放大倍数，可以实现所需的滤波器性能。
设计过程：1.确定滤波器的通频带和截止频率；2.根据截止频率确定RC积分器的元件值；3.选择适当的有源放大器，使得放大倍数满足设计要求；4.将RC积分器和有源放大器组合，得到有源模拟低通滤波器电路；5.进行仿真和测试，分析滤波器的频率响应特性。
四、设计过程详解1.确定通频带和截止频率：根据应用需求，确定滤波器的通频带范围和截止频率。
通频带范围一般指定为滤波器工作的有效频率范围，截止频率则是指滤波器中的频率分界点。
2.RC积分器参数设计：根据截止频率确定RC积分器的元件值。
RC积分器是低通滤波器的核心部分，通过调整电容和电阻的取值可以调节滤波器的截止频率。
常见的计算公式如下所示：f0=1/(2πRC)其中，f0是截止频率，R是电阻的阻值，C是电容的容值。
3.选择有源放大器：根据设计要求，选择适当的有源放大器。
有源放大器可以根据信号的幅值进行增益放大，同时具备较好的输入输出阻抗特性，使得滤波器的性能更稳定。
4.有源模拟低通滤波器电路设计：将RC积分器和有源放大器相连接，得到有源模拟低通滤波器电路。
一般电路结构为RC积分器的输出端连接到有源放大器的输入端，有源放大器的输出端连接到输出端口。
5.滤波器性能分析：进行仿真和测试，得到滤波器的频率响应特性。
通过改变输入信号的频率和幅值，观察输出信号的响应情况，分析滤波器的性能以及是否满足设计要求。
五、结论与展望本文实现了基于有源模拟电路的低通滤波器的设计与分析。
-有源低通滤波器设计
信息系统综合设计报告书课题名称 有源低通滤波器设计姓 名 李实权学 号 20096464 院、系、部 电气工程系 专 业 电子信息工程指导教师刘鑫淼2013年 1 月6日※※※※※※※※※ ※※※※※※※※※※※※※※※2009级信息系统综合设计有源低通滤波器设计20096464 李实权一、设计目的1、学习RC有源低通滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源低通滤波器；4、掌握有源低通滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。
二、设计要求1、设计二阶RC低通滤波电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；2、在Multisim中仿真电路，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。
三、系统原理低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。
有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。
根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。
3.1 原理图设计低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图3.1（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。
图3.1（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
图3.1二阶低通滤波器二阶低通滤波器的通带电压放大倍数11R R A f up +=；截止频率RC f π21=，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率；品质因数Q=1/(3-up A )，其大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
3.2系统结构框图及各子框图的作用图3.2 RC 有源滤波总框图RC 网络的作用：在电路中RC 网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。
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引言
课程实际作为课程结束对学生的一次检测，不单单是教学上的要求，而且也是对学生动手能力的一次检验。
作为一名大学生，我们不单单学会课本上的知识，还要学会用知识来解决生活中出现的问题，学会如何与其他人合作，分享知识，体验合作的快乐。
本次课设采用查表法结合软件multisim11仿真。
1 电路原理及设计方案
1.1滤波器的介绍
滤波器是信号处理的重要单元，在现代电子技术中得到了广泛的应用。
按处理信号的不同，滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。
有源滤波器是指网络由电阻、电容及有源器件〔三极管、运算放大器等，通常是运算放大器)构成。
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。
有源滤波器有许多独特的优点，如设计标准化、模块化、易于制造等。
由于运算放大器的增益和输入电阻高、输出电阻低，所以能提供一定的信号增益和缓冲作用。
并可用简单的级联得到高阶滤波器，且调谐也很方便。
有源滤波电路的用途很广，主要用于小信号处理，可作为抑制干扰、噪声、衰减无用频率信号而突出有用频率信号达到提高噪声比或选频的目的。
在实际应用中，综合考虑电路滤波特性和信号增益，一般选用有源滤波器，因此，研究其设计有很大的实际意义。
低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。
但实际滤波器不能达到理想要求。
为了寻找最佳的近似理想特性，本文主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。
任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。
对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由(n-1)/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
1.2 有源滤波器的设计
有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：
（1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。
（2）选择具体的电路形式。
（3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。
（4）解方程组求出电路中元件的具体数值。
（5）然后用multism11.0仿真，找出最佳的配置参数，以达到设计要求。
1.3 电路的设计要求
（1）带内电压变化小于0.5db。
（2）-3db通带为20KHZ。
（3）要求用运算放大器。
根据设计要求，我选择巴特沃斯滤波器。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。
选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。
有源2阶低通滤波器电路如图1.1所示，压控电压源二阶滤波器电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出的阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，增益容易调整。
附上电路图（模电课本第三版321页）
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。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：
n c
uo
u A j A 21)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω ， n=1，2，3，. . . n c uo u A j A 211)
(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ωωω
传输函数为：
与低通滤波器的传输函数的通用表达式
相比，得有源二阶低通滤波器的性能参数表达
式：
其中
1.4 设计方案，查表如下：
取Av=1，根据公式（2–3），选择R3≈∞，R4≈0；
1.5 通过实验确定各项具体参数
经过计算，我们大致确定了各个参数，但由于仿真结果打不到课程设计要求
由c c f C C R R πω212121==
得知，假如实际的截止频率比所要求的截止频率小，则要求把电阻或者电容减小；假如实际的截止频率比要求的大，则要求把电阻或者电容增大。
由于测试的截止频率比设计要求的低，所以要提高它的截止频率。
假定电容不变了，则电阻值R ↑→Wc ↓→fc ↓和R ↓→Wc ↑→fc ↑；可以判定原来的电路的电阻值过大。
介于个人经验不足，调试了好久，但是还是没有满足要求。
后来用两个滑动变阻器替换两个电阻，逐步调试，结果当：
R1=1.6 K ω, R2=5.4 k Ω，R3=1 Ω， R4=220M Ω，C1=4800PF, C2=1600PF,用multisim11软件电路图如下
仿真结果为：
通过上图可知，在输入频率为20khz之前，输出的电压值大于0.708V，即在低频段时Q值大于0.707，衰减速率符合设计要求。
在输入频率为20khz时，衰减
因子Q为0.707左右。
课程总结：
利用公式法设计有源二阶低通滤波器，要求解多元高阶方程组；若采用查表法求解电路参数，就简单得多。
因此应尽量采用查表法求解电路参数，以减少电路运算复杂程度。
虽然可能误差很大，但是能够带来很大的方便。
初学设计时尽量能快速找到解决问题，培养解决问题的能力，积累设计经验。
通过此次的课设，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，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，学会了怎么更好的处理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的。
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，理论知识很重要，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，知道理论与实际是有一些差别的。
认清问题是前提，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。
在调试电路时，考虑器件的电气性，尽量减少器件间的干扰。
调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成。