滤波器课程设计Word下载.docx

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实验目的------------------------------------------------------------------------------------------------------------3

实验要求------------------------------------------------------------------------------------------------------------3

实验原理------------------------------------------------------------------------------------------------------------3

滤波器基础知识简介--------------------------------------------------------------------------------3

有源低通滤波器（LPF）--------------------------------------------------------------------------4

二阶压控型低通滤波器---------------------------------------------------------------------------4

实验设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------------6

仿真分析-------------------------------------------------------------------------------------------------------------6

仿真电路----------------------------------------------------------------------------------------------------------7

实验结果----------------------------------------------------------------------------------------------------------7

波特图仪显示--------------------------------------------------------------------------------------------------7

7实验PCB原理图--------------------------------------------------9

实验结果分析------------------------------------------------------------------------------------------------11

理论计算-------------------------------------------------------------------------------------------------------11

实验结果比较与分析--------------------------------------------------------------------------------11

实验结论--------------------------------------------------------------------------------------------------------------12

实验感想----------------------------------------------------------------12

实验目的：

1、熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；

2、学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；

3、学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法；

4、学习利用Multisim仿真软件进行电路仿真分析。

实验要求：

设计一个二阶压控型低通滤波器。

要求：

通带增益为2，截止频率为2KHz，可以选择0.01的电容器，电阻的阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，用Multisim仿真软件进行仿真分析，并画出其频率特性曲线。

实验原理：

1、滤波器基础知识简介

按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）几种。

按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。

如果滤波器仅由无源元件（电阻、电容和电感）组成，则称之为无源滤波器；

若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等），则称之为有源滤波器。

由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC有源滤波器。

由于集成运放有带宽的限制，目前RC有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MHz。

2、有源低通滤波器（LPF）

低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过，抑制高频分量。

有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础，与集成运放连接而成。

3、二阶压控型低通滤波器

二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。

图1.二阶压控型低通滤波器原理图

将电容器的接地端改接到运放的输出端，引入了正反馈。

由于在通带内电容器可视为“开路”，因此的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即。

为简化计算，令R2=R3=R，C1=C2=C，根据“虚短”和“虚断”特性以及叠加定理可解得传递函数：

令s=，得滤波器的频率响应表达式：

式中。

令=

由复数概念可解得该滤波器的上限截止频率为

≈1.27

定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f=时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即

Q=

在实际应用中，Q的调节范围为0.5，一般选取Q=1附近的值。

实验设计

本次实验采用上述二阶压控型低通滤波器电路图。

令

≈1.27=1.27

可取，C=0.01，R=2.0223

仿真分析

运用Multisim软件对上述实验设计思路进行仿真分析。

1、仿真电路

运用Multisim绘制的实验电路图如下

图2.实验设计电路图

电路中，XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。

XBP1有两组端口，左侧IN是输入端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输入端的正、负端子；

右侧OUT是输出端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输出端的正负端子。

XBP1的IN端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。

2、实验结果

2.1波特图仪显示

运用Multisim中的波特图仪（XBP1）观察二阶压控型低通滤波器的频率特性。

XBP1的设置以及观察结果显示如下：

图3.XBP1的幅频显示1

图4.XBP1的幅频显示2

图5.XBP1的幅频显示3

图6.XBP1的相频显示1

图7.XBP1的相频显示2

根据上述五幅波特图仪的显示可知：

该滤波器呈现低通状态。

在f=1Hz即通带内20lg=6.021dB，的相移为0Deg；

在f=时，20lg=6.014dB；

在f=10KHz时，20lg=3.012dB，的相移为-116.141Deg。

2.2实验PCB原理图

实验结果分析

3.1理论计算

由二阶压控型低通滤波器的工作原理分析可知：

通带电压放大倍数=2；

所以，在通频带内，=2，20lg=6.021dB，相移当f==7.874KHz时，=2，20lg=6.021dB；

当f==10KHz时，=1.4182,20lg=3.035dB，相移

3.2实验结果比较与分析

通过比较分析波特图仪（XBP1）和理论计算值比较，本次

实验设计在误差范围内可以满足实验要求，设计思路正确合理。

误差分析：

1、实际的集成运算放大器并非是理想的，故将其看作理想运放来分析存在误差（主要误差）；

2、电阻与电容的实际参数与标称值不等，存在微小误差；

3、导线及电路各节点处有微小电阻；

实验结论

1、二阶压控型LPF的幅频特性在f=处会出现抬升现象，此时正反馈作用最强，使该频段的闭环增益加大；

2、本次实验设计在误差范围内，能够满足实验设计要求。

实验感想

1、由于这次实验时间比较紧，因此老师的指导非常重要。

实验前老师讲的非常细致，而且老师将实验步骤和实验内容都详细的告诉我们。

因此这次实验我觉得比较简单。

也加深了对知识的理解。

但也比较可惜没时间做出PCB实物。

2、由于我的电脑装的软件有问题，导致花费不少不必要的时间。

尤其是设计PCB的时候，计算机出问题，导致出不了结果。

幸好有同学的帮助。

3、实验过程中，我体会到，基础知识的重要，各科知识的融汇贯通。