有源低通滤波器设计报告综述.docx
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有源低通滤波器设计报告综述
课程设计（论文）说明书
题目：
有源低通滤波器
院（系）：
信息与通信学院
专业：
通信工程
学生姓名：
学号：
指导教师：
职称：
2010年12月19日
摘要
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。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，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网络构成的滤波器电路，它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。
关键词：
低通滤波器；集成运放UA741；RC网络
Abstract
Low-passfilterisacomponentwhichcanonlypassthelowfrequencysignalandattenuationorinhibitthehighfrequencysignal.Idealfrequencyresponseofthefiltercircuitinthepassbandshouldhaveacertainamplitudeandlinearphaseshift,andamplitudeoftheresistancebandtobezero.ActivefilteriscomposedoftheRCnetworkandtheamplifier,itactuallyhasaspecificfrequencyresponseoftheamplifier.Highertheorderofthefilter,therateofamplitude-frequencycharacteristicdecayfaster,butmorethenumberofRCnetworksection,themorecomplicatedcalculationofdeviceparameters,circuitdebuggingmoredifficult.Accordingtoindicators，second-orderactivelow-passfilterisusedinthisdesign.
Keywords：
Low-passfilter；IntegratedoperationalamplifierUA741；RCnetwork,
引言…………………………………………………………………………....3
1电路原理及设计方案……………………………………………………..3
1.1滤波器的介绍………………………………………………………………3
1.2有源滤波器的设计………………………………………………………….3
1.3设计方案……………………………………………………………………5
2芯片介绍…………………………………………………………………...6
2.1运放UA741…………………………………………………………………..6
3multisim7辅助仿真及修正……………………………………………….7
4制板及调试………………………………………………………………...8
4.1DXP注意事项………………………………………………………………...8
4.2制作pcb板的流程……………………………………………………….…..8
4.3注意事项……………………………………………………………….…....8
4.4调试…………………………………………………………………….…...8
4.5测试结果和幅频图分析……………….............................................................9
课设总结……………………………………………………………………….10
谢辞………………………………………………………………….................12
参考文献…………………………………………………………….................13
附录………………………………………………………………………….....14
引言
课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、安装、调试、印制电路板等综合于一体的一门课程，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。
作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好课程设计，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。
本次课设介于采用butterworth快速设计，采用查表法结合仿真，做板联合实际调节。
1电路原理及设计方案
1.1滤波器的介绍
滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
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。
理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。
但实际滤波器不能达到理想要求。
为了寻找最佳的近似理想特性，本文主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
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。
任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。
对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由（n-1）/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
1.2有源滤波器的设计
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。
（4）解方程组求出电路中元件的具体数值。
（5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。
根据设计要求，我选择巴特沃斯滤波器。
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。
选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。
有源2阶低通滤波器电路如图1.1所示，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。
图1.1有源低通滤波器电路图
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f＞＞fc时（fc为截止频率），电路的每级RC电路的相移趋于-90º，两级RC电路的移相到-180º，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。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：
，n=1，2，3，...
Butterworth的二阶归一化传递函数为：
H（s）=1/（s*s+1.414*s+1）；它的化归一化传递函数可以表示成两个多项式的比:
A（s）（2–1）
其中Auo为通带内的电压放大倍数，C为截止角频率，Q为品质因子。
从
（1）式中可知，当=0时，
（1）式有最大值1；=C时，
（1）式等于0.707，即Au衰减了3dB；
；（2–2）
Av=1+R4/R3；（2–3）
1.3设计方案
电路元器件值
Av
1
2
4
6
8
R1′
1.422
1.126
0.824
0.617
0.521
R2′
5.399
2.250
1.537
2.051
2.429
R3′
开路
6.752
3.148
3.203
3.372
R4′
0
6.752
9.444
16.013
23.602
C1
0.33C
C
2C
2C
2C
注：
电阻为参数k=1时的值，单位为kΩ
取Av=1，根据公式（2–3），选择R3≈∞，R4≈0；
为了得到相对应的电阻值，需要算出K值，用K值乘以相应的R′得到R；而
K=100/（fc*C）（2–4）
注释：
C以uf作为单位，fc以hz为单位。
K值不能太大，否则会使电阻的取值较大，从而使引入的误差增加，通常选择1《K《10.
本次课程设计我们取K=1，由公式（2–4）及表1中Av=1得fc=3000hz，C≈33.33nF，C1≈11nF。
取标准值为C=33nF，C1=11nF；
R1=1.422*1=1.422取R1为1.4K，R2=5.399*1=5.399取R1为5.4k，R3=0，R4≈∞；
验证：
由，代入数据，R1=1.422k,R2=5.399k，C=33.33nF，C1=11nF，算出fc=3001.6Hz，符合要求。
代入设计值得到的简化电路图1.2
图1.2
2芯片介绍
2.1UA741集成运放
图2.1UA741管脚图
UA741管脚图为图2.1。
UA741芯片是高增益运算放大器，常用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
第2管脚是负输入端；
第3管脚是同相端输入端；
第4和第7管脚分别为负直流源和正直流源输入端；
第6管脚为输出端；第8管脚是悬空端；
第1管脚和第5管脚是为提高运算精度。
在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。
当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器，用直流电压表测量输出电压Uo，细心调节调零电位器，使Uo为零（即失调电压为零）。
如果一个运放如不能调零，大致有如下原因：
（1）组件正常，接线有错误。
（2）组件正常，但负反馈不够强，为此可将其短路，观察是否能调零。
（3）组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。
为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。
（4）组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。
（5）组件内部损坏，应更换好的集成块。
3multisim辅助设计及修正
由于元器店没有11nf的电容卖，所以用10nf的代替，相应的电阻也改变
通过multisim仿真软件对上述电路进一步修正，修正的结果为图3.1：
图3.1multisim仿真电路图
其频域仿真结果为图3.2：
图3.2multisim仿真得到的频域图
上图所示，仿真出来的效果达到设计要求。
4制板及调试
4.1DXP注意事项
电路绘制的时候主要是注意各个元器件的封装和实际买回来的元器件的管脚大小及距离相对应，并有选择地采用排针作为信号的输入以及输出和直流电源的输入。
元器件采用手动布局。
布线采用手动布局，布线时需要设计好参数。
一般线条大小为1mm，，过孔为1mm，焊盘为
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