有源低通濾波器

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1、模擬電子技術課程設計報告題目：有源低通濾波器的設計班級：B電子122學生姓名：夏振亞學號：1210702226指導老師：沈兆軍日期：2015.1.10信息工程學院11目錄一、設計的任務與要求有源低通濾波器的設計元器件參數(shù)有源低通濾波器的設計方案有源低通濾波器的工作原理及靜態(tài)與動態(tài)的分析有源低通濾波器理論的計算有源低通濾波器的作用二、總體方案的選擇與設計三、系統(tǒng)工作原理1、單元電路的設計與選擇2、元器件的選擇與參數(shù)計算3、總體電路圖設計四、仿真測試與分析五、設計總結六、參考文獻11一電路原理及其介紹1.什么是濾波器濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率

2、信號的電子裝置，常用于信號處理、數(shù)據(jù)傳輸和干擾抑制等方面，有源低通濾波電路由集成運放和無源元件電阻和電容構成。它的功能是允許從零到某個截止頻率的信號無衰減地通過，而對其他頻率的信號有抑制作用。有源低通濾波電路可以用來濾除高頻干擾信號。[1]但對于濾波器設計的綜合技術，由于其網(wǎng)絡元件參數(shù)的實際選擇和調(diào)試的困難，采用普通實驗設計方法不僅解決不了上述問題，還花費大量時間和設計成本，以至于設計出的產(chǎn)品價格昂貴，電路噪聲大等質(zhì)量問題也不盡人意。因此，對有源低通濾波器的設計新方法探討，仍有積極的實際意義。[2]隨著集成運放的廣泛應用,有源濾波器的應用更為廣泛,因此有源濾波器

3、性能的分析和電路設計就成為一個核心問題。2.什么是低通濾波器低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。電路的設計二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路,也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設計采用壓控電壓源型設計課題。3.有源低通濾波器的運放運算放大器是目前應用最廣泛的一種器件，雖然各中不同的運放結構不同，但對于外部電路而言，其特性都是一樣的。運算放大器一般由4個部分組成，偏置電路，輸入級，中間級，輸出級，其中輸入級一般是采用

4、差動放大電路（抑制電源），中間級一般采用有源負載的共射負載電路（提高放大倍數(shù)），輸出級一般采用互補對稱輸出級電路（提高電路驅(qū)動負載的能力）。運算放大器的性能指標包括5個，開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)，最大輸出電壓，差模輸入電阻，輸出電阻，共模抑制比CMRR。（開環(huán)差模放大倍數(shù)是指集成運放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。最大輸出電壓是指它是指一定電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。差模輸入電阻的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。輸出電阻的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。共模抑制比放映了集成運放對

5、共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。）實際是有要求的。首先運放的輸入阻抗要足夠大，以免輸入阻抗對電路中的實際電阻產(chǎn)生過大的影響。其次運放的開環(huán)增益AV0要足夠大11。但由于這些條件非常容易滿足，因此在設計有源二階低通濾波器時，不考慮。但在仿真時，不同的運放對濾波器的指標還是有影響的。4.實驗的要求和目的（1）構建有源低通濾波電路，掌握有源濾波電路的結構形式。（2）分析有源低通濾波電路性能。5.模擬電子電路的設計流程圖所有圖的下方都要居中寫上圖號圖名6.電路設計的一般步驟（1）提出有源濾波器的技術指標和性能指標,他可包括在通帶、阻帶上的

6、幅度要求，相位要求及其他需要的特性；11（2）尋找合適的傳遞函數(shù)；（3）用實際電路實現(xiàn)傳遞函數(shù)，通常有多種電路可實現(xiàn)該傳遞函數(shù)；（4）對所得各個電路進行各種性能分析，如容差分析，靈敏度分析；（5）選出能滿足所有要求的電路；（6）對選出的電路進行優(yōu)化。7.電路原理采用計算法設計有源低通二階濾波器，其電路從集成運放輸出到同相輸入間引入一個負反饋，該反饋使改濾波器只允許低頻端的信號通過，實現(xiàn)低通濾波。用查表法設計，已知電路響應特性、形式、類型及階數(shù)、濾波器性能參數(shù)，再根據(jù)截止頻率，選定電容標稱值，查表求出相應電容值及電阻值，通過計算得到設計值以確定電路參數(shù)。它由兩節(jié)R

7、C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f＞＞f0時（f0為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于-90o，兩級RC電路的移相到-180o，電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：令稱為通帶增益11稱為等效品質(zhì)因數(shù)稱為特征角頻率則上式為二節(jié)低通濾波電路傳

8、遞函數(shù)的典型表達式注：濾