二阶低通滤波器.docx

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二阶低通滤波器

学号08700109

模拟电子技术基础

设计说明书

二阶低通滤波器

起止日期：

2010年12月24日至2010年12月31日

学生姓名

班级

成绩

指导教师（签字）

电子与信息工程系

2011年1月2日

目录

第一章电路设计1

1.1集成运算放大器1

1.2二阶低通电路1

1.3课设电路及计算3

第二章所用元器件3

2.1电阻3

2.2电容3

2.3集成运算放大器LM7414

第三章仿真情况5

第四章课设总结7

4.1心得体会7

4.2个人答辩问题8

参考文献8

第一章电路设计

1.1集成运算放大器

图1是集成运放的符号图，1、2端是信号输入端，3、4是工作电压端，5是输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。

集成运算放大器的输入级通常由差分放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出端。

图中标有“+”号的是同相输入端，标有“—”号的是反相输入端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反之则反相。

当集成运放工作在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是：

（1）

式中

是运放器的放大倍数，

是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。

理想运算放大器的两个重要指标为：

（1）差模输入阻抗为∞；

（2）开环差模电压增益Aod为∞。

根据这两项指标可知，当理想运算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为∞，因此在其两个输入端均没有电流，即在图1中

，如同两点被断开一样，这种现象称为“虚断”。

又因为

，根据输入和输出端的关系：

，所以认为运放的同相输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。

这种现象成为“虚短”。

“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分析许多运放电路的出发点。

当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不复存在。

图1集成运算放大器

1.2二阶低通电路

二阶滤波器基础电路如图2所示：

图2二阶有源低通滤波基础电路

它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，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＞＞f0时（f0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。

其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。

传输函数为：

令

称为通带增益

称为等效品质因数

称为特征角频率

则

上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式

注：

滤波电路才能稳定工作。

1.3课设电路及计算

根据本次课设要求，电路工作电压为15V，所以选用LM741芯片作为理想放大器；系统增益为0dB，所以将理想放大器反相输入端直接接到输出端，此时电路等效品质因数Q=0.5；系统带宽10KHz，即

=10kHz，所以选取电容值为10nF，由R=

得此时电阻值为1.6K

。

具体电路图如图3所示。

图3protel电路图

第二章所用元器件

2.1电阻

采用碳膜电阻器，阻值稳定性较好，阻值范围宽，温度系数较好，成本低，价格便宜。

大小为1.6K

。

2.2电容

采用金属化纸介电容器，体积小，容量可做得大，温度系数大，内部纸介击穿后有自愈作用。

大小为10nF。

2.3集成运算放大器LM741

（1）引脚

共8个引脚，其中引脚2和引脚3分别为反相输入端和同相输入端，6为输出端，7、4分别接正、负直流电源，1、5之间接调零电位器，引脚8为空。

（2）主要技术指标：

参数

LM741

最小

典型

最大

输入失调电压

1.0

5.0

输入失调电压温漂

输入失调电流

20

200

输入失调电流温漂

输入偏置电流

80

500

输入电阻

0.3

2.0

输入电压范围

大信号电压增益

50

200

输入电压幅度

+-12

+-10

+-14

+-13

共模抑制比

70

90

转换速率

0.5

电源电流

1.7

2.8

电源电压

+-22

允许功耗

+-500

差模输入电压

+-30

工作温度范围

-55~125

第三章仿真情况

图4仿真电路图

3.1当输入信号的频率为2kHz（<10kHz）时，输出波形与输入波形基本一致。

见图5红色为输入波形，橘黄色为输出波形。

图5正常的输入输出波形

3.2当输入信号的频率大于截止频率时，选取f=30kHz，输出信号较输入信号已有明显的衰减。

见图6其中红色为输入波形，橘黄色为输出波形，很明显，基本上已经没有输出了。

图6基本全部截止的输出波形

3.3输出函数波特图

图7输出函数波特图

第四章课设总结

4.1心得体会

实习了两个星期的，我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

4.2个人答辩问题

问题：

（1）设计所用的集成运算放大器是什么？

（2）频率f是怎么计算的？

答：

（1）LM741

（2）f=1/（2*pi*R*C）

参考文献

[1]康华光，北京：

高等教育出版社，2006.1

[2]邵毅全马耀庭SHA等，二阶有源低通滤波器设计与仿真研究。

学术期刊（激光杂志）2009年3期

[3]朱达群,施围著，电子电气电路仿真。

中国电力出版社2009

[4]郑君里等编著，信号与系统。

高等教育出版社2000