二階低通濾波器要點

1、欽 州學(xué)院模擬電子課程設(shè)計報告院 系 機械與船舶海洋工程學(xué)院專 業(yè) 過程控制自動化 學(xué) 生 班 級 2013級133班 姓 名 劉良新 學(xué) 號 1305402313 指導(dǎo)教師單位 欽州學(xué)院 指導(dǎo)教師姓名 張曉培 指導(dǎo)教師職稱 2016年10月二階低通濾波器自動化專業(yè) 2013級 劉良新指導(dǎo)教師 張曉培摘要：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(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應(yīng)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(shè)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

2、多路反饋。采用集成運放構(gòu)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(diào)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(lián)。本文根據(jù)實際要求設(shè)計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用proteus仿真軟件對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進行仿真分析、調(diào)試，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞： 二階低通濾波器，截止頻率，電路設(shè)計設(shè)計目的:（1）進一步掌握模擬電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識，重點復(fù)習(xí)濾波器設(shè)計需要的知識點。（2）了解濾波器的工作原理，并掌握其工作原理，進一步學(xué)會使用其進行電路設(shè)計。（3）了解并熟悉電路設(shè)計的基本思想和方法。

3、目錄前言1第一章 課程設(shè)計要求21.1設(shè)計要求2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理22.1有源二階壓控濾波器22.2無限增益多路反饋有源濾波器4第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇53.1二階壓控低通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算53.2無限增益多路反饋有源濾波器的設(shè)計及參數(shù)計算6第四章 電路組裝及調(diào)試64.1壓控電壓源二階低通濾波電路64.2無限增益多路負反饋二階低通濾波器9第五章 實驗結(jié)論115.1實驗數(shù)據(jù)記錄與處理11 5.2設(shè)計體會.11參考文獻12附錄一 芯片介紹：12附錄二 元件清單13附錄三 實物圖13 前 言 當今時代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有不可

4、或缺的核心地位。同時在國家的事業(yè)中發(fā)揮了重大作用，只有科技才能使一個國家變得真正強大。作為一名大學(xué)生不僅僅要努力學(xué)習(xí)理論知識，還要把理論運用到實踐中去，做到學(xué)以致用。低通濾波器的使用非常廣泛。該種濾波器只讓規(guī)定的低頻率通過，而且電路性能穩(wěn)定，增益易調(diào)節(jié)。利用這一特點不僅可以通過有用信號還可以抑制無用信號。工程上常常用低通濾波器作信號處理，數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾。例如：無線電發(fā)射機利用低通濾波器阻塞可能引起與其它通信發(fā)生干擾的諧波發(fā)射；固體屏障也是一個聲波的濾波器，當一個房間播放音樂時很容易聽到低音，但高音被濾掉了。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率雖然基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。但從整體而言，我國

5、有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國電子產(chǎn)品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍是一個問題。第一章 課程設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計要求1. 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法設(shè)計電路2. 截止頻率fc=2000HZ3. 增益Av=2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1有源二階壓控濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示 圖2.1 二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路它由兩節(jié)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-90，兩級RC 電路的移相到-180，電

6、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(shù)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。傳輸函數(shù)為： (2-1)令 稱為通帶增益 -（2-2）稱為等效品質(zhì)因數(shù) -（2-3） 稱為特征角頻率 -（2-4）則-(2-5)注 濾波電路才能穩(wěn)定工作。2.2無限增益多路反饋有源濾波器基本形式圖2 圖2.2 無限增益多路反饋有源濾波基礎(chǔ)電路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(shù)不合適時會產(chǎn)生

7、自激震蕩。為了避免這一點，Aup取值應(yīng)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(gòu)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。-（2-6） -（2-7）其中： ，為品質(zhì)因數(shù)。第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇 3.1二階壓控低通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算 (3-1)所以根據(jù)上述推導(dǎo)公式可得：電路設(shè)計時應(yīng)該使得R1:R2=1, 取R1=R2=10K，然后由中心頻率計算公試可以取C1

8、=C2=0.1uF,可以得出電阻R3=600,R4=1000. 本次課設(shè)電路中用1k的電位器調(diào)節(jié)的到600代替。仿真電路圖如下所示：圖 壓控電壓源二階低通濾波3.2無限增益多路反饋有源濾波器的設(shè)計及參數(shù)計算通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)： (3-2) 濾波器的截止角頻率： (3-3)根據(jù)上述推導(dǎo)公式可得：電路設(shè)計時應(yīng)該使得C3=C4，則可以取C3= C4=0.1uF，然后由中心頻率計算公式，電壓增益公式以及品質(zhì)因素的公式計算參數(shù)，依據(jù)以上三個公式，取f0=2KHz，Q=0.707，令R5=200,R7=100，R6=400,而實踐中，電阻測量值與標稱值有較大誤差，本電路中R5 ,R7用1K的電位器調(diào)節(jié)得

9、到，使得其等于200和100即可基本達到設(shè)計要求。其仿真電路圖如下 圖3.2.1 無限增益多路反饋低通濾波電路第四章 電路組裝及調(diào)試4.1壓控電壓源二階低通濾波電路 圖4.1.1 壓控有源二階低通濾波基礎(chǔ)電路當輸入的信號頻率小于截止頻率2000hz，其電路的增益為2.即其波形的峰峰值是兩倍。當f=1KHZ，f=2KHZ，f=4KHZ時得仿真圖如下 圖4.1.2 f=1KHZ時仿真圖 圖4.1.3 f=2KHZ時仿真圖 圖4.1.4 f=4KHZ時仿真圖4.2無限增益多路負反饋二階低通濾波器當輸入的頻率是1000HZ ，2000HZ， 4000HZ 的交流電源是輸出信號的波形圖分別如下： 輸出與

10、輸入的倍數(shù)關(guān)系分別是2倍，1.3倍 然后是截至了， 趨于0.濾波器的濾波效果已經(jīng)達到， 截至頻率是2000HZ。小于2000HZ時，輸出波放大2倍。 圖4.2.1 f=1KHZ時仿真圖 圖4.2.2 f=2KHZ時仿真圖圖 f=4KHZ時仿真圖第五章 實驗結(jié)論 5.1實驗數(shù)據(jù)記錄與分析表壓控電壓源二階低通濾波器實驗數(shù)據(jù)f/Hz124輸入/V0.50.50.5輸出/V10.70.4理論上當輸入電壓0.5v,f2KHZ時輸出減小逐漸趨于0。 表無限增益多路負反饋二階低通濾波器實驗數(shù)據(jù)f/Hz124輸入/V0.50.50.5輸出/V10.80.3理論上當輸入電壓0.5v,f2KHZ時輸出減小逐漸趨于

11、0。誤差分析：由于元件標稱值與實際值有誤差，加之儀器本身的誤差，在焊接過程中電烙鐵溫度很高使得整塊電路板很燙可能會影響各元件的性能從而帶來一定誤差示波器時由于導(dǎo)線接觸不良容易產(chǎn)生干擾?？偟膩碚f在誤差允許之內(nèi)，本次實驗是成功的。 5.1設(shè)計體會 在拿到題目之初我們進行了細致的討論，進行了分工合作，每個組員都參與其中，而我主要負責(zé)的是有關(guān)電路的設(shè)計仿真以及相關(guān)數(shù)據(jù)的計算，參照課程設(shè)計的要求，查閱了諸多相關(guān)資料，在小組內(nèi)部進行討論分析并敲定方案，在計算數(shù)據(jù)的時候，因為對一下公式的理解不夠透徹，導(dǎo)致計算出錯，最后多加查閱相關(guān)知識要點學(xué)習(xí)。才計算正確，并成功的將實驗仿真出來，我們立即購買材料，然后進行作

12、品的制作，以及最后的調(diào)試，作品大家一起努力做了出來，雖然遇到了一些困難，但經(jīng)過我們的努力最后都克服了。參考文獻1 王港元.電工電子實踐指導(dǎo).江西.江西科學(xué)技術(shù)出版社，20002 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.北京.高等教育出版社，20053 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京.高等教育出版社，20084 彭介華.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.北京.高等教育出版社，2003附錄一 芯片介紹：產(chǎn)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(shè)計在較寬的電壓范圍內(nèi)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(yè)自動化及光、機、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)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