成都理工大学核技术与自动化工程学院
电子技术课程设计
课题名称：二阶低通滤波器电路设计及分析
指导老师：蒋开明
姓名：
学号：
专业：电气工程及其自动化
日期：2010年6月16日
二阶低通滤波器电路设计及分析
一、课题目的：
1、进一步掌握各种滤波电路的工作原理。
2、了解Multisim10的基本操作，并学会用Multisim10进行仿真设计。
3、学会对比并结合理论分析结果进行仿真软件分析。
4、锻炼实际动手能力，增强对课本知识的理解。
二、软件简介：
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim 10是IIT公司推出Multisim 20006年底又发布最新的版本。Multisim 10提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试
等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响。
工具栏菜单栏
元器件栏
仪器仪表栏
电路工作区
状态栏
图一Multisim基本界面
三、原理：
由于一阶低通滤波器的幅频特性下降速率只有-20 dB／10 f，与理想情况相差太大，其滤波效果不佳。为了加快下降速率，使其更接近理想状态，提高滤波效果，我们经常使用二阶RC有源滤波器。采取的改进措施是在一阶的基础上再增加一节RC网络。
电路上半部分是一个同相比例放大电路，由两个电阻R1，Rf和一个理想运算放大器构成。R1与Rf均为16 kΩ。下半部分是一个二阶RC滤波电路，由两个电阻R2，R3及两个电容C1，C2构成。其中R2，R3均为4 kΩ，C1，C2均为0.1μF。电路由一个幅度为1 mV，频率可调的交流电压源提供输入信号，用一个阻值为1 kΩ的电阻作为负载，如图二。
图二电路原理图
四、实验内容：
１.理论分析
（1）.通带电压放大倍数：低频下，两个电容相当于开路，此电路为同相比例器。
=1+／=2
（2）.特征频率与通频带截止频率:
二阶低通滤波电路特征频率为：
通频带截止频率为：
2. Multisim分析：
在Multisim软件的虚拟仪器栏中选择虚拟双踪示波器和波特图仪，将示波器的A、
B端和波特图仪的IN、OUT端分别连接到电路的输入端与输出端(即图1中的1、5
节点)，如图三。
图三
选择示波器扫描频率为1 ms／div,纵轴每格均代表1 mV，输出方式为Y／T方式。再点击仿真按钮进行仿真，得到输入信号频率为1 kHz，幅度为1 mV时二阶低通滤波器电路的输入输出情况，如图四。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。幅度大的为输入信号，幅度小的为输出信号。
图四应用虚拟示波器得到的二阶低通滤波器电路的输入输出波形
很显然，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波器电路不会改变信号频率。从图四还可以看出，在输入信号频率较大(如1 kHz)时输出信号的幅度明显小于输入信号的幅度。而低频情况下的理论计算结果=2；即在低频情况下输出信号的幅度应为输人信号的两倍。很显然，输入信号频率较大时电路的放大作用已经不理想。
调节输入频率，使之分别为800 Hz，600 Hz，400 Hz，300 Hz，200 Hz，150 Hz，1 Hz。由虚拟示波器得到输入频率为1 Hz时的输出电压=2 mV，即=2，与理论计算值相吻合。而输入频率为150 Hz时=1.5 mV。此时最接近截止时的输出电压=0.707=1.414 mV。这说明截止频率fP接近150 Hz，与理论计算值相吻合。
设置波特图仪起始频率I为1 Hz，终止频率F为10 MHz打开仿真开关，点击幅频特性在波特图观察窗口可以得到输入信号频率为1 kHz，幅度为1 mV时二阶低通滤波器电路的幅频特性曲线，如图五。
图五应用虚拟波特图仪得到的二阶低通滤波器电路的幅频特性曲线
五、结论
由图五的特性曲线可以看出，在低频状态下频率变化对的影响不大，频率较大时AUP随频率增加而急剧减小。高频状态下输出电压则接近于0。同时，二阶低通滤波电路特征频率为：，通频带截止频率为：，仿真结果均与理论计算值相吻合。
六、课题心得：
由以上分析可知，Multisim中的仿真分析结果与理论计算结果十分接近。Multisim 因为其具有的开发性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等功能特征，是一个一个专门用于电子电路设计与仿真的软件。同时，通过这次设计实践，我们得以经历并感受整个过程。进一步丰富了自身的知识和开阔了眼界，我们深刻体会到学好专业知识的重要性。在整个课程设计过程中，全体组员齐心协力，让大家感受到团队协作和持之以恒的力量。总之，这次的课程设计必将为我们以后的学习、工作带来莫大的帮助！
七、参考资料：
《新型电子通用单元电路》《现代电子技术》《模拟电子技术（童诗白、华成英）》、《Multisim教程及实验》、《Multisim 10&Ultiboard 10原理图仿真与PCB设计》等。
