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。L Q （定义=/L L Q L r ω错误！未找到引用源。,L r 错误！未找到引用源。为电感的损耗电阻）低于1000，而电容的品质因数C Q (定义=/C C Q C g ω错误！未找到引用源。,C g 错误！未找到引用源。为电容的损耗电导)可高达10000，工作频率越低，L Q 错误！未找到引用源。就越小；第二，低频工作时的电感通常都要用铁磁材料为芯，从而造成其特性的非线性，并由此产生不需要的信号谐波；第三，电感会发射和接受电磁波，从而把杂质干扰引进电路，造成不良后果；第四，电感的体积，重量和成本都偏高，工作频率越低，这些缺点便越突出。

用电阻代替电感，可消除上述问题，但RC 滤波器的性能不如LC 滤波器好，并且电阻还会是信号能量受损。

将具有放大作用的运算放大器与RC 电路结合起来组成的有源滤波器，不但可弥补由电阻造成的能量损失，而且可通过反馈使滤波器的性能提高。更可喜的是，由于舍弃了电感，使整个电路的体积，重量大大减小，更便于实现集成化。

有源滤波器的缺点是：目前的工作频率还不够高，对温度等外部因素变化的敏感度还不够低，而且不能像无源滤波器哪样做成浮动的，可以相信，随着科学技术的发展，这些缺点将逐步被人们所克服。

按通过信号的频段可将滤波器分为五种：低通滤波器（LPF ）；高通滤波器（HPF ）；带通滤波器（BPF ）；带阻滤波器（BEF ）；全通滤波器（APF ）。

滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。二阶低通滤波器可用压控电压源和无限增益多路反馈。采用集成运放构成的RC 有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。

在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。

第一章 系统设计方案选择

1.1总方案设计

1.2 子框图的作用

1. RC 网络的作用

图 1.2 RC 电路

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。

2. 放大器的作用

图 1.3 同相放大电路

电路中运用了同相输入运放，其闭环增益21

1V R A R =+错误！未指定书签。，同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大器。

3. 反馈网络的作用

将输出电量（电压或电流）的一部分或全部通过通过反馈网络，用一定的方式送回到输入回路，以影响输入电量（电压或电流）。

1.3 方案选择

1. 滤波器的选择

一阶滤波器电路最简单，但外带传输系数衰减慢，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多路反馈滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这点上它不如压控电压滤波器。

2. 级数的选择

滤波器的级数主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得-6dB 每倍频程（-20dB 每十倍频程）的衰减，每二阶低通或高通电路可获得-12dB 每倍频程（-40dB 每十倍频程）的衰减。

3. 元器件的选择

一般设计滤波器时都要给定截止频率f c （C ω）带内增益V A ，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得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 表1.1 初选电容值。

表 1.1 滤波器工作频率与滤波器电容取值的对应关系