下载文档原格式
基于multisim的二阶滤波器仿真设计实验报
告
本报告主要就基于multisim的二阶滤波器的仿真设计进行介绍
和说明，目的是为了解决模拟信号中的信号干扰以及抑制或突出某些
频率分量的问题。
仿真设计是基于Multisim软件来实现的，Multisim是一款由National Instruments 公司开发的电子工程专业虚拟仿真软件，用于
模拟数字电子系统、模拟电子系统及系统仿真，主要有以下步骤：第一步，选择芯片，我们选择的芯片是OP-07，这款芯片是带有
两个引脚的运算放大器，并且可以构成有效带通滤波器场景；
第二步，接下来我们可以将这些芯片组合起来，来组成不同类型
的二阶滤波器；
第三步，最后通过计算来设计滤波器各个参数，比如滤波器阶跃
响应函数，模拟电路来进行计算，利用电路原理来实现参数的计算；
最后，在仿真的环节，我们可以通过Multisim来完成仿真，最
后输出仿真结果：仿真设计的滤波器响应以及滤波器的波形形状。
从以上实验可以得出的结论是，使用Multisim可以非常轻松的
设计模拟电路，设计二阶滤波器，并用它来仿真，了解滤波器的性能。
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仿真电路----－----－--－----------－－－－------－------－-－--－-－-------－－-------－-----－－-－－--－---－-----－-－--－--－--－-－－---- 6实验结果-----－--－－--－-－-－--－-----－---－----－-－－-－-－--------－----------－----－---－--------－－－－--－－--－-----－------－-－- 7波特图仪显示-－--－－----－---－---－----－------------－－--------------－－－--－－-－－－------－--－------－-－--－-－－-----－－7AＣ交流分析显示-------－---－---------－－－--------－-－-－－------－-－-----－--－-－--－--------------－--－------- ９实验结果分析－-----－---－----－---－-－----－------－--－－－－－---－-－－-－---------------－－------－---－-----－--------－--－13理论计算－-----------－－---－---－-－－-－－－－---－-------－--------－------------－－－-－---－------－------－------－----－----－１3实验结果比较与分析－－－---－－--－----－-－--－-－--------－--－-----－-－-－---－--－----－－--－---------－--－-----－1３实验结论--－----－---－-------－-----－-－-－－－-－-----------－--－---－-------－－-－-－--－-－--－----－-－----－-----－--－－--－--－----－--- 14参考文献－－--－------－－-－----－---－--－-－-－------－--－－--------－－-－---－-----－-－-----－-----－-－----－----－-－---－-------－-－---－14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。
二阶压控电压源低通滤波器本文主要介绍了二阶压控电压源低通滤波器, 低通滤波器是一种典型的选频电路，在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率，对滤波器的基本要求是：（1）通带内信号的衰减要小，阻带内信号的衰减要大，由通带过渡到阻带的衰减特性陡直上升；（2）通带内的特性阻抗要恒为常数，以便于阻抗匹配。
本滤波器主要用于限制信号于一定频率内通过.主要芯片为UA741运放器.在制作过程中运用到了protel,EWB等软件,用来制作电路板和设计的仿真计算等.引言滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。
滤波器已大量渗入现代技术中。
很难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。
在现代通信和信号处理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一些例子而已低通滤波器：在低频率规定的范围内才能通过信号，利用这一性质可以滤出干扰频率的信号，留下我们所需的频率高的信号。
它的用途很广泛，比较接近我们生活的有带通滤波器用于有线电视网的终端用户或单向用户处，其功能是用来屏蔽反向带宽，以避免单向用户的信号反馈，从而有效避免了网络中由于单向用户的信号反馈对整个双向网络的噪声影响，有效保证了双向网络的正常工作1 Protel设计技术Protel是Altium公司推出的电路CAD（计算机辅助设计）软件。
Protel DXP是该公司推出的最新一代板级桌面设计系统。
它是第一套基于Windows环境的设计软件，全部设计工具集成于同一环境下，全面支持网上大规模协同设计，使我们设计在更复杂的、多层次的、高频率、高速度、高密度的电路时更加快捷容易。
凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。
滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计专业班级：电信本学生姓名：学号：69指导教师：设计时间： 1月 3日题目:二阶高通滤波器的设计一、设计任务与要求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；② 截止频率f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2；④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。
二、方案设计与论证二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。
高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。
对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。
其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。
本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。
二者电路都是基于芯片ua741设计而成。
将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。
现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。
电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 341R R Aup += Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数截止频率：RCf π210=品质因数：Av=1+R2/R1 232121C C R R fc π=2.2设计二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路。
其中： ss cL ω=,通带增益： 31C C A uo -= 截止频率： 232121C C R R fc π=品质因数：2321)321(R C C R C C C Q ++=31C C A uo -= ， 232121C C R R fc π=up31A Q -=三、单元电路设计与参数计算3.1方案一：压控电压源二阶高通滤波电路Av=1+R2/R1=2 ， 232121C C R R fc π==200令R1=10k ，则R2=10k又fc=200hz ， 得出：C2=C3=0.47uf ；另取R=R4//R5=R3//R6=2//10=1.69K3.2方案二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路31C C A uo -= ， 232121C C R R fc π= 设C1=0.22uf ， 则C2=0.47uf又f=200hz 得出 ：R1=3K,R2=20.0K至此得出了两种方案的参数,连接电路好即可.四、总原理图及元器件清单1．总原理图2．元件清单 直流源元件序号（名称） 型号 主要参数数量备注 变压器输入220V 、输出15V ，P=20W1个 带插头D 1——D 4 （二极管） 1N4007 各1个 保险管 Ip=0.5A 1个 电解电容C 1、2 3300uf/25V 2个 电解电容C 5、6220uf 2个 瓷介电容C 3、4、7、8 0、22uf 4个 集成块UA7411个方案一五、安装与调试1．焊接工具：电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。
摘要：设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim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，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。
关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；一：实验内容及要求：设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=100 kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。
二：实验器材软件：Multisim仿真软件。
器材：正弦波信号源（f=200KHz 幅度：1v）,电容两个，电阻四个，集成运放3554AM一个。
三：实验电路对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。
理论计算 根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。
式(2)中，令s=jω，得到二阶低通滤波电路的频率特性为Ao=1+6RfR =1+1=2 通带截止频率fo 与3 dB 截止频率fc 计算如下所以，fc=1.272fo=126.53KHz四 Multisim 分析4．1 瞬态分析从图可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。
电压放大倍数Auf=2。
4.2交流分析从图中可以看出， 3 dB截止频率约为127 kHz。
与理论计算值值基本符合。
4.3参数扫描分析从图可以看出，曲线从下至上对应的电阻RF由100 Ω至1000 Ω幅频特性纵截止频率约为125 kHz。
并且，RF越大，Auf越大，Q越大，幅频特性曲线越尖锐。
在同样的设计截止频率下，Q值的不同对实际截止频率有较大的影响。
4.4傅理叶分析由图可知，输出电压的谐波失真率很小，为 4.61229%，符合实验设计要求。
4.5传递函数分析由图可知，输入电阻Ri=239.44900G，输出电阻Ro=400.3851放大倍数Au=1.99971，符合设计要求.压控电压源二阶低通滤波电路的设计与仿真分析学院：电子信息工程学院年级：2008级专业：自动化学号：00824032姓名：魏文龙完成日期：2012年5月14日参考文献：1黄智伟，《基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析》，电子工业出版社，2008年1月2童诗白华成英《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2006年1月3。
目录一题目规定与方案论证........................................................ 错误!未定义书签。
1.1（设计题题目）二阶有源低通滤波器............................................. 错误!未定义书签。
1.1.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1.2 方案论证................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2（实训题题目）波形发生器与计数器............................................. 错误!未定义书签。
1.2.1题目规定.................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2.2方案论证.................................................................................. 错误!未定义书签。
二电子线路设计与实现........................................................ 错误!未定义书签。
2.1二阶有源低通滤波器........................................................................ 错误!未定义书签。
2.2十位二进制加法计数器电路设计.................................................... 错误!未定义书签。
湖南人文科技学院毕业设计二阶RC有源滤波器的设计报告滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。
有源滤波器是由集成运放、R、C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频率限制，这种滤波器主要用于低频范围。
设计几种典型的二阶有源滤波电路：二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器、二阶有源带通滤波器，研究和设计其电路结构、传递函数，并对有关参数进行计算，再利用multisim 软件进行仿真，组装和调试各种有源滤波器，探究其幅频特性。
经过仿真和调试，本次设计的二阶RC有源滤波器各测量参数均与理论计算值相符，通频带的频率响应曲线平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，衰减率可达到|-40Db/10oct|,滤波效果很理想。
1965年单片集成运算放大器的问世，为有源滤波器开辟了广阔的前景；70年代初期，有源滤波器发展引人注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。
由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20kHz左右，经过补偿后，工作频率也限制在100kHz以内。
1974年产生了更高频的RC有源滤波器，使工作频率可达GB/4（GB为运放增益与带宽之积）。
由于R的存在，给集成工艺造成困难，于是又出现了有源C滤波器：就是滤波器由C和运放组成。
这样容易集成，更重要的是提高了滤波器的精度，因为有源C滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关。
由RC有源滤波器为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大，Q值小的缺点。
但它仍有许多课题有待进一步研究：理想运放与实际特性的偏差的研究；由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进，单片集成有待进一步研究；应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索；元件的绝对值容差的存在，影响滤波器精度和性能等问题仍未解决；由于R存在，集成占芯片面积大，电阻误差大（20%～30%），线性度差等缺点，使大规模集成仍然有困难。
课程名称模拟电子技术课程设计设计题目二阶高通滤波器的设计专业名称自动化班级学号学生姓名指导教师年月日任务书设计名称：二阶高通滤波器的设计学生姓名：指导教师：起止时间：自年月日起至年月日止一、课程设计目的设计一种基于模拟电子技术的容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。
二、课程设计任务和基本要求设计任务：1. 分别用压控电源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2. 截止频率Fc=200Hz；3. 增益AV=2；4. 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
基本要求：1. 能够实现设计任务的基本功能；2. 至少设计两种方法设计电路；3. 要求依据二阶高通滤波器，运用模拟电子技术的理论设计、制定实验方案，并撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。
指导老师评价表院（部）年级专业学生姓名学生学号题目二阶高通滤波器的设计一、指导老师评语指导老师签名：年月日二、成绩评定指导老师签名：年月日课程设计报告目录第一章方案设计与论证 (2)1.1 设计—：用压控电压源设计二阶高通滤波电路 (2)1.2 设计二：用无限增益多路反馈设计高通滤波电路 (3)第二章单元电路设计与参数计算 (3)2.1 方案一：压控电压源二阶高通滤波电路 (3)2.2 方案二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路 (4)第三章总原理图及元器件清单 (4)3.1 总原理图 (4)3.2 元件清单 (5)第四章安装与调试 (6)4.1 焊接 (6)4.2 调试 (6)第五章性能测试与分析 (9)5.1 输出电压的测量 (9)5.2 数据处理与误差计算 (10)5.3 误差分析 (10)第六章结论与心得 (11)参考文献 (11)第一章 方案设计与论证二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。
高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。
