二阶RC有源滤波器的设计

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目 录

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 －－-－--------－－------－-－--------------－-－----－－－-----－-－－-----－--－－-－----－---－－-------－－－－--－-－-------－--－--－- ５

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

1. 二阶RC有源滤波器

滤波器是一种选频电路，在输出信号中保留输入信号中特定频率范围的有用信号，抑制其他频率的干扰信号或无用信号。滤波器的用途非常广泛，在通信、控制、测量等各个领域都有重要的应用，它是电路中不可缺少的功能模块。

最早出现的滤波器是LC滤波器，其主要优点是噪声低，不用电源，Q值一般为数百。但在低频时，电感、电容的体积大、重量重、价格高，而且这种滤波器也没法集成。

随着半导体技术的发展，电子设备日益小型化，各种无感滤波器也相继问世，如晶体滤波器、陶瓷滤波器、有源RC滤波器等。尤其是有源RC滤波器，它能实现低通、高通、带通、带阻、全通等各种滤波器，最大Q值可达1000，最高频率可达MHz量级。

有源滤波器具有尺寸小、重量轻，采用集成电路，价格低、可靠性高，可以提供增益，可与数字电路集成在同一芯片上等优点，因而得到广泛的应用。但有源滤波器的应用也受到以下一些因素的限制：适用频率范围受有源器件带宽的限制，受元件值的容差和漂移的影响较大，灵敏度较高等。

有源RC滤波器由电阻、电容和有源器件组成，其历史可追溯到20世纪30年代。然而只有在1965年以后，随着集成运算放大器的出现才受到人们的重视并迅速发展起来。从原则上讲，有源RC滤波器是可集成的，而且也有商品，但从单片集成的观点来看，这种滤波器并不令人满意。原因之一是它需要容量较大的电容，这种电容没法集成到芯片上，而大电阻又占很大的芯片面积。其次，滤波器的特性参数与RC时间常数有关，而集成电阻和集成电容的精度很差，准确的时间常数很难获得。

1.1 二阶滤波函数

滤波器根据所处理的信号的不同，可分为模拟滤波器和数字滤波器两大类。这里只讨论模拟滤波器，它所处理的是时间连续的模拟信号。

滤波器按频率特性分为：低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BR）和全通（AP）。

通常滤波器是二端口网络，其网络函数称为传递函数。传递函数的分子、分母都是s的二次多项式的传递函数称为双二次函数：

二阶RC有源滤波器的设计

二阶RC有源滤波器是一种常用的滤波器电路，它能够实现对输入信号的特定频率范围内的增益或衰减。在设计二阶RC有源滤波器时，我们需要考虑各种因素，如滤波器类型、频率特性、增益、带宽等。下面将详细介绍二阶RC有源滤波器的设计过程。

1.确定滤波器类型

2.确定截止频率

截止频率是指在该频率上信号的幅值相对于其他频率被衰减的程度。我们需要确定滤波器的截止频率，以实现对所需频率范围内的增益或衰减。截止频率可以根据具体应用的要求来确定。

3.选择滤波器的增益

滤波器的增益与信号在截止频率附近的幅频特性有关。根据需求，我们需要确定滤波器在截止频率附近的增益大小。通常情况下，二阶RC有源滤波器的增益可以在0dB到20dB之间选择。

4.计算滤波器的带宽

滤波器的带宽是指在该频率范围内信号的幅值不被衰减的程度。我们需要计算滤波器的带宽，以确定滤波器对所需频率范围内的信号的保留程度。带宽可以通过截止频率和滤波器增益来计算得出。

5.设计滤波器电路

根据上述参数，我们可以设计出二阶RC有源滤波器的电路。通常情况下，二阶RC有源滤波器由一个有源放大器、两个电容和两个电阻组成。具体的电路图可以根据滤波器类型和设计要求来确定。 6.进行电路模拟和优化

在设计完成后，我们可以使用电路模拟软件进行模拟和优化。通过模拟，我们可以验证滤波器的性能是否符合设计要求，并根据需要进行电路参数的调整和优化。

7.制作滤波器电路

在优化滤波器电路之后，我们可以进行电路的制作和组装。需要注意的是，尽量采用高质量的元器件来确保滤波器的性能和可靠性。

总结：

以上是二阶RC有源滤波器的设计过程。在设计过程中，我们需要确定滤波器类型、截止频率、增益和带宽等参数，并根据这些参数设计出满足要求的电路。通过电路模拟和优化，我们可以验证滤波器的性能，并进行必要的调整和优化。最后，制作出合适的滤波器电路，并确保其质量和可靠性。

课程设计说明书

课程设计名称： 低频电子课程设计

课程设计题目： 二阶有源低通滤波器的设计

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 电子信息工程学院

班级： 090111

学号： 09041132 姓名：

评分：

教师：

201 1

年 3

月 4

日

2

摘 要

滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路和无限增益二阶低通滤波器是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。

分别用分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致参量等进行了仿真分析，仿真结果要与理论设计一致，为设计成功提供依据。

关键词 二阶有源低通滤波器；压控；无限增益；仿真分析；

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《模拟电路》

课程设计任务书

20 10 －20 11 学年 第 2 学期 第 1 周－ 2 周

题目 二阶带通滤波器的设计

内容及要求

1、 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；