有源低通滤波器的设计课程设计

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1、 1 课课 程程 设设 计计 报报 告告 所属院系：所属院系： 电气工程学院电气工程学院 专专 业：业： 自动化自动化 课程名称：课程名称： 电子技术基础电子技术基础 A A 设计题目：设计题目： 有源低通滤波器的设计有源低通滤波器的设计 班班 级级： 自动化自动化 091 091 2 课程设计题目：有源低通滤波器的设计 要求完成的内容：设计一个有源低通滤波器。技术指标要求为： 上限截止频率 fH=1kHz，通带电压放大增益|Av|=2，在 f = 10fH时，幅度大于 30dB 。 使用的元器件要求为：运算放大器（LM741 或 LM353） ，电容（瓷片电容） ，电阻 （0.25 瓦）等。

2、 要求： （1）根据设计要求，确定电路的设计方案，计算并选取电路的元件参数。 （2）分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。 （3）综合分析计算电路参数，满足设计要求后，认真完成设计报告。 指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 年 月 日 3 有源低通滤波器的设计有源低通滤波器的设计 1.1 滤波器的介绍滤波器的介绍 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。 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

3、频响在通带内应具有一定的幅值和线 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 网络构成的滤波电路，他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。 1.1.1 滤波器的用途： 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个 较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过 程如图 2 所示。 图 1.1.1 滤波过程 1.1.2 低通滤波器的主要技术指标： 4 （1）通带增益 Avp 通带增益是指滤波器在通频带内

4、的电压放大倍数， 如图 3 所 示。性能良好的 LPF 通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内 的电压放大倍数基本为零。 （2）通带截止频率 fp 其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图 3。通带与阻 带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好 。 图 1.1.2 LPF 的幅频特性曲线 1.2 设计方案设计方案 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

5、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。 5 （4）解方程组求出电路中元件的具体数值,并画出图形。 （5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。 2. 2. 电路的设计及参数的计算电路的设计及参数的计算 2.12.1.电路的设计 根据课程设要求， 我们选择巴特沃斯 （Butterworth） 滤波电路。 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。 由于要求为-30dB/十倍频程，选择二阶有源低通滤波 器电路，即n=2。 有源二阶低通滤波器电路如图2.1所示，其中的电容C原来是接地 的，现在接到输出端。显然C的改接没有影响通

6、带的增益。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。 电路图如下： 有源低通滤波器图 2.1 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ffc时（fc 为截止 频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90，两级RC 电路的移相到 6 -180，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。 2.2.电路参数的计算 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo