引言模擬電子技術課程設計是一門獨立設課、有獨立學分的實踐性課程，同“模擬電子技術”理論講授課程有密不可分的關系，起著相輔相成的作用，也是在“模擬電子技術實驗”課的基礎上，進一步深化的實踐環節。其主要目的是通過本課程，培養、啟發學生的創造性思維，進一步理解電子系統的概念，掌握小型模擬電子系統的設計方法，掌握小型模擬系統的組裝和調試技術，掌握查閱有關資料的技能。基本任務是設計一個小型模擬電子系統。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 1\o"CurrentDocument"模擬電子技術課程設計任務書 3長沙學院課程設計鑒定表 錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"一電路原理及其介紹 4什么是濾波器 4什么是低通濾波器 4有源低通濾波器的運放 4實驗的要求和目的 5模擬電子電路的設計流程圖 5電路設計的一般步驟 5電路原理 6\o"CurrentDocument"二電路的參數 7參數的要求 7參數的要求 8參數的確定 9\o"CurrentDocument"三Multisim電路仿真 9電路的仿真 93.調試中遇到的問題及解決方法 11\o"CurrentDocument"四實驗總結 11\o"CurrentDocument"五參考文獻 12

模擬電子技術課程設計任務書系（部）：電子與通信工程系 專業：電子信息工程 指導教師:課題名稱有源低通濾波器設計內容及要求1、 設計一個由運算放大器組成的有源低通濾波器，通頻帶自定義；2、 運算放大器由直流穩壓電源供電。3、 測量設計的有源低通濾波器的幅頻特性。設計工作量1、 系統整體設計；2、 系統設計及仿真；3、 在Multisim或同類型電路設計軟件中進行仿真并進行演示；4、 提交一份完整的課程設計說明書，包括設計原理、仿真分析、調試過程，參考文獻、設計總結等。進度安排起止日期（或時間量）設計內容（或預期目標）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設計方案論證第三天進行具體設計第四天進行具體設計第五天編寫設計說明書指導老師意見年月日教研室意見年月日電路原理及其介紹什么是濾波器濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，常用于信號處理、數據傳輸和干擾抑制等方面，有源低通濾波電路由集成運放和無源元件電阻和電容構成。它的功能是允許從零到某個截止頻率的信號無衰減地通過，而對其他頻率的信號有抑制作用。有源低通濾波電路可以用來濾除高頻干擾信號。［1］但對于濾波器設計的綜合技術，由于其網絡元件參數的實際選擇和調試的困難，采用普通實驗設計方法不僅解決不了上述問題，還花費大量時間和設計成本，以至于設計出的產品價格昂貴，電路噪聲大等質量問題也不盡人意。因此，對有源低通濾波器的設計新方法探討，仍有積極的實際意義。［2］隨著集成運放的廣泛應用，有源濾波器的應用更為廣泛，因此有源濾波器性能的分析和電路設計就成為一個核心問題。什么是低通濾波器低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。電路的設計二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統中常用的基本電路，也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設計采用壓控電壓源型設計課題。有源低通濾波器的運放運算放大器是目前應用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運放結構不同，但對于外部電路而言，其特性都是一樣的。運算放大器一般由4個部分組成，偏置電路，輸入級，中間級，輸出級，其中輸入級一般是采用差動放大電路（抑制電源），中間級一般采用有源負載的共射負載電路（提高放大倍數），輸出級一般采用互補對稱輸出級電路（提高電路驅動負載的能力）。運算放大器的性能指標包括5個，開環差模電壓放大倍數，最大輸出電壓，差模輸入電阻，輸出電阻，共模抑制比CMRR。（開環差模放大倍數是指集成運放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數。最大輸出電壓是指它是指一定電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰一峰值。差模輸入電阻的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。輸出電阻的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。共模抑制比放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。）實際是有要求的。首先運放的輸入阻抗要足夠大，以免輸入阻抗對電路中的實際電阻產生過大的影響。其次運放的開環增益AV0要足夠大。但由于這些條件非常容易滿足，因此在設計有源二階低通濾波器時，不考慮。但在仿真時，不同的運放對濾波器的指標還是有影響的。實驗的要求和目的（1） 構建有源低通濾波電路，掌握有源濾波電路的結構形式。（2） 分析有源低通濾波電路性能。模擬電子電路的設計流程圖計算機模擬仿真總體電路圖繪制（1）提出有源濾波器的技術指標和性能指標，他可包括在通帶、阻帶上的幅度要求，相位要求及其他需要的特性;

（2） 尋找合適的傳遞函數；（3） 用實際電路實現傳遞函數，通常有多種電路可實現該傳遞函數；（4） 對所得各個電路進行各種性能分析，如容差分析，靈敏度分析；（5）選出能滿足所有要求的電路；（6）對選出的電路進行優化。7.電路原理采用計算法設計有源低通二階濾波器，其電路從集成運放輸出到同相輸入間引入一個負反饋，該反饋使改濾波器只允許低頻端的信號通過，實現低通濾波。用查表法設計，已知電路響應特性、形式、類型及階數、濾波器性能參數，再根據截止頻率，選定電容標稱值，查表求出相應電容值及電阻值，通過計算得到設計值以確定電路參數。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f>>f0時（f0為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于-90°，兩級RC電路的移相到-180°，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。八—八—U(s)A(s)=oU(s)iA UF 1+(3-A^)sCR+(sCR)2令 A0=A^ 稱為通帶增益Q=—^稱為等效品質因數3—AVF?=^L稱為特征角頻率cRC則A(s)=—磐一S2+nS+①2Qc上式為二節低通濾波電路傳遞函數的典型表達式注：當3—A^>0，即、<3時濾波電路才能穩定工作。二電路的參數參數的要求電路性能參數其通帶電壓放大倍數即為同相比例放大電路的放大倍數：-L=KAaroo其傳遞函數:S’+—S+OT其傳遞函數:其中：Wo=1/RC 截止角頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。3一、 品質因數，它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。

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C10受到衰口有源低通濾波電路的幅頻特性曲線不同JO蕓0

C10受到衰口有源低通濾波電路的幅頻特性曲線通過分析且在"'頻達到40dB/倍^/而口：當信號頻率大于截止頻率時信號的衰減率只有20dB/十倍頻。而有源低通濾波電路衰減可以止頻率附近，有用信號可以得到一定提升。如果Q奸性最為平坦；如果Q>0.707時,口：當信號頻率大于截止頻率時信號的衰減率只有20dB/十倍頻。而有源低通濾波電路衰減可以止頻率附近，有用信號可以得到一定提升。如果Q奸性最為平坦；如果Q>0.707時,幅頻特性將出現峰*1歸?化的巴特沃斯低通濾波器傳通函數的分母多項式II!.':'-化的巴特沃斯低通漓波器傳遞函數的分—式1sL十12邑.++1上(SL+Si+】)-&+1)4(5；+O.7653\■+ +1一歸77禺■+[)3(2+。面8。電+1)&+1面湘丸+1)(七+1)6(s；+0.51764上+1)-隊；+4isL+1)-Gj+19318S.r+1)7(5；+0.44504-;+1)(5；+1.24691±f+l)-(5；+LKOI94>+l)(sz+1)8+O.HOI%+1)0；+11II】爵+1)0；+166294"+1) +1.9615亳+1)參數的要求我的設計題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=500HZ；為了波特圖能夠更好的平穩，我選擇Q值為0.707,選擇電容器的容量，計算我選擇C1=C2=100nF,則根據根式得

R1=R2=1/(2fC=3K經同相放大電路輸入后計算得通帶增益為A=1+Rf/R1=1.5參數的確定以上的參數會使電壓放大1.5倍，截止頻率為500HZ，電壓輸出波形為正弦波。三Multisim電路仿真1.電路的仿真400HwVIRTUAL400HwVIRTUAL仿真的結果由圖可見經仿真分析可得在衰減一3dB時得出的上限截止頻率為501.609HZ。與當初設計的500HZ十分接近。二階有源低通濾波器仿真波形圖如圖所示，放大倍數大約在1.2倍，與原先設計的1.5倍有較大的誤差，可能與元器件的參數設計誤差太大有關，需要設計更加精準的參數。調試中遇到的問題及解決方法調試中特性測量中選擇“Magnitude”[Horizontal和Vertical坐標類型都選擇“Log”。如果幅頻曲線的水平線沒出現，可能是Vertical坐標范圍中的終點F沒調到合適位置，也可能是參數沒選擇好，可適當調整。實驗總結在為期一周的實驗中我學到了許多在課堂上沒學到的東西，通過去圖書館查找資料，根據不同的書籍了解到設計有源低通濾波電路，加強了對二階低通濾波電路的認識和理解，對元件的選擇原則和計算有了基本的了解，鍛煉了動手能力，提高了對電路的分析能力，為以后實驗設計打下了初步基礎。此外，我還熟悉了Multisim軟件的應用。用Multisim進行仿真分析，進一步加深了在設計有源濾波器的過程中要應對和解決的問題，學習并了解了有源濾波器的調試方法及幅頻特性的測量。