1、濾波器是一種使用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，在信息處理、數據傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統中應用廣泛。濾波一般可分為有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。二階低通濾波器可用壓控和無限增益多路反饋。采用集成運放構成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯。本文根據實際要求設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用EDA仿真軟件Multisim1O對壓控電壓源型二階有源低通

2、濾波電路進行仿真分析、調試，從而實現電路的優化設計。關鍵字：二階低通濾波器，multisim仿真分析，電路設計目錄第一章 課程設計任務及要求51.1設計任務51.2設計要求5第二章 系統設計方案選擇52.1 總方案設計52.2子框圖的作用62.3 方案選擇6第三章 系統組成及工作原理73.1有源二階壓控濾波器73.2無限增益多路反饋有源濾波器9第四章 單元電路設計、參數計算、器件選擇104.1二階壓控低通濾波器設計及參數計算104.2無限增益多路反饋有源濾波器的設計及參數計算11第五章 電路組裝及調試125.1壓控電壓源二階低通濾波電路125.2無限增益多路負反饋二階低通濾波器13第六章 總結

3、與體會16參考文獻17附錄一 芯片介紹：18附錄二 元件清單19附錄三 實物圖20第一章 課程設計任務及要求1、學習RC有源濾波器的設計方法；2、由濾波器設計指標計算電路元件參數；3、設計二階RC有源濾波器(低通)；4、掌握有源濾波器的測試方法；5、測量有源濾波器的幅頻特性。1. 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法設計電路2. 截止頻率fc=2000HZ3. 增益Av=2第二章 系統設計方案選擇2.1 總方案設計方案框圖RC網絡反饋網絡放大器 圖 RC有源濾波總框圖1 RC網絡的作用在電路中RC網絡起著濾波的作用，濾掉不需要的信號，這樣在對波形的選取上起著至關重要的作用，通常主要由電阻

4、和電容組成。2 放大器的作用電路中運用了同相輸入運放，其閉環增益 RVF=1+R4/R3同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。3 反饋網絡的作用 將輸出信號的一部分或全部通過牧電路印象輸入端，稱為反饋，其中電路稱為反饋網絡，反饋網絡分為正、負反饋。2.3 方案選擇一階濾波器電路最簡單，但帶外傳輸系數衰減慢，一般在對帶外衰減性要求不高的場合下選用。無限增益多環反饋型濾波器的特性對參數變化比較敏感，在這點上它不如壓控電壓源型二階濾波器。2. 級數的選擇濾波器的級數主要根據對帶外衰減特殊性的要求來確定。每一階低通或高通電路可獲得-6dB每倍頻程（-20dB每十倍頻程）

5、的衰減，每二階低通或高通電路可獲得-12dB每倍頻程（-40dB每十倍頻程）的衰減。 3.元器件的選擇一般設計濾波器時都要給定截止頻率fc (c)帶內增益Av，以及品質因數Q（二階低通或高通一般為0.707）。在設計時經常出現待確定其值的元件數目多于限制元件取值的參數之數目，因此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設計者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因為電容標稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配，可根據工作頻率范圍按照表初選電容值。表 濾波器工作頻率與濾波電容取值的對應關系f(110)Hz（10102）Hz（102103）Hz（110）KHz（10103）KHz （102103

6、）KHzC(2010)F（100.1）uF（0.10.01）uF（104103）pF（103102）pF（10210）pF第三章 系統組成及工作原理基礎電路如圖1所示圖1 二階有源低通濾波基礎電路它由兩節RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率ff0時（f0為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于-90º，兩級RC 電路的移相到-180º，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容c 引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數減小，所

7、以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數為：令8 稱為通帶增益 稱為等效品質因數 稱為特征角頻率 則-3.（1)注濾波電路才能穩定工作。無限增益多路反饋有源濾波器基本形式圖2圖2 在二階壓控電壓源低通濾波電路中，由于輸入信號加到集成運放的同相輸入端，同時電容C1在電路參數不合適時會產生自激震蕩。為了避免這一點，Aup取值應小于3.可以考慮將輸入信號加到集成運放的反相輸入端，采取和二階壓控電壓源低通濾波電路相同的方式，引入多路反饋，構成反相輸入的二階低通濾波電路，這樣既能提高濾波電路的性能，也能提高在f=f0附近的頻率

8、特性幅度。由于所示電路中的運放可看成理想運放，即可認為其增益無窮大，所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。其中： ，為品質因數。第四章 單元電路設計、參數計算、器件選擇 所以根據上述推導公式可得：電路設計時應該使得,根據市場能買到的器件，則可以取，然后由中心頻率計算公 試可以取C1=C2=0.1uF,可以得出電阻R1=596.58k,R4=1.06255k. 可以用2k的電位器代替，基本達到設計要求了。仿真電路圖如下所示：圖3 壓控電壓源二階低通濾波通帶內的電壓放大倍數： 濾波器的截止角頻率： 根據上述推導公式可得：電路設計時應該使得C1=C2，根據市場能買到的器件，則可以取C1= C3

9、=0.1uF，然后由中心頻率計算公式，電壓增益公式以及品質因素的公式計算參數，依據以上三個公式，取fO=2KHz，Q=0.707，Aup=2.令R1=R2可得：R1=R2=0.22519K，=0.45038K,而用R1 ,R2用2K的電位器調節，使得其等于0.22519K即可基本達到設計要求。其仿真電路圖如下 圖4 無限增益多路反饋低通濾波電路第5章 電路組裝及調試其仿真電路圖如上：當輸入的頻率是1000HZ ，2000HZ， 30000JHZ 的交流電源是輸出信號的波形圖分別如下： 輸出與輸入的倍數關系分別是2倍，1.4倍 然后是截至了， 趨于0.濾波器的濾波效果已經達到， 截至頻率是200

10、0HZ。小于2000HZ時，輸出波放大2倍。參考文獻1童詩白 華成英 編 模擬電子技術基礎M 高等教育出版社 20082彭介華 編 電子技術實驗與課程設計M 高等教育出版社 20033. 青木英彥（日） 著 周難生 譯 模擬電路設計與制作M 科學出版社 19984. 王港元 編 電工電子實踐指導M 江西科學技術出版社 20005.徐發強等. RC二階有源濾波器的新型實驗方法J 現代電子技術,2008,26. 許素貞.杜群羊.吳海青 等 編 模擬電子技術基礎與應用實例M.北京航空航天出版社 20047勞五一.勞佳. 編 模擬電子電路分析、設計與仿真M 清華大學出版社 20038.薛鵬騫等.頻分復用有源濾波電路的EWB仿真設計【J】遼寧工程技術大學學報，2006，附錄一 芯片介紹：產品型號：LM324N1.概述與特點LM324是由四個獨立的運算放大器組成的電路。它設計在較寬的電壓范圍內單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業自動化及光、機、電一體化領域中有廣泛的應用。其特點如下：具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V30V，雙電源±1.5V±15V 內含相位校正回路, 外圍元件少消耗電流小:Icc=0.6mA (典型值,