低通滤波器的设计

课程设计说明书

课程设计名称： 模拟电路课程设计

课程设计题目： 二阶低通滤波器的设计

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 通信工程 班级： 090423

学号： 09042335 姓名： XXX

评分： 教师： XXX

20 11 年 3 月 20 日

模拟电路 课程设计任务书

2010－2011学年 第 2 学期 第 1 周－ 2 周

题目 二阶低通滤波器的设计 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； ② 截止频率fc=2KHz； ③ 增益AV＝2； 进度安排 1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天； 2. 领元器件、制作、焊接：3天 3．调试＋验收： 2.5天 4. 提交报告：2010-2011学年第二学期3～7周 学生姓名： 指导时间：第1～2周 任务下达 2011年 2 月21 日 任务完成 指导地点：E楼508室 2011 年 2 月 6 日 考核方式 1.评阅 √□ 2.答辩 √□ 3.实际操作√□ 4.其它√□ 指导教师 饶烜 系（部）主任 付崇芳

摘要

在电信号的传输过程中，由于电磁干扰，使信号中除有用频率分量外，还往往混杂无用的甚至是对电子电路工作有害的频率分量。根据有用信号的频率，可以利用有源滤波器进行信号的提取;根据无用信号的频率，可以利用有源滤波器将它们滤除。因而有源滤波器广泛应用于信号的处理。

对于信号频率具有选择性的电路称为滤波电路。基作用是允许一定频率范围内的信号顺利通过，而阻止或削弱（即滤除）其它频率范围的信号。有源滤波器是一种信号处理电路，组成有源滤波器的集成运放工作在线性区。根据工作频率的不同，滤波器可以分成下面四大类：低通滤波器（LPF）,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）。显然低通滤波器是允许低频信号通过，阻止或削弱高频信号。

关键字：低通、滤波器、集成运放

目录

前言………………………………………………………………………1 第一章 设计内容及要求………………………………………………2 第二章 工作原理及系统组成

2.1 工作原理………………………………………………………3 2.2 系统组成………………………………………………………3 第三章 电路设计、参数计算、器件选择……………………………5 第四章 实验.调试 及测试结果分析…………………………………10 第五章 心得体会………………………………………………………11 参考文献…………………………………………………………………12 附录一……………………………………………………………………13 附录二……………………………………………………………………13

二阶低通滤波器的设计

前言

科学技术是第一生产力.以前的三次工业革命就是我们的社会发生了天翻地覆的变化,使我们由手工时代进入了电器时代.同时科技在国防事业中发挥了重要的结论.只有科技发展了才能使一个国家强大。

在我们身边电子产品随处可见，其作用和功能也是各有不同。但是它们都是由最基本的电路组成的，其中滤波电路在信号处理中发挥着极为重要的作用，被广泛用于收音机，电视机，音响等电子产品中。本次课程设计我们用两种方案设计一低通滤波器。

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二阶低通滤波器的设计

第一章 设计内容及要求

基本要求：

（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；

1、截止频率为fc=2KH; 2、增益Av=2;

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二阶低通滤波器的设计

第二章 工作原理及系统组成 2.1工作原理：

低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过；对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。

若滤波电路图电压在过渡带的下降速率为20dB/十倍频，则电路为一阶滤波器；若下降速率为40dB/十倍频，则电路为二阶滤波器。

2.2系统组成：

(1)二阶压控电压源低通滤波器：

电路原理图如下：

图2-1 二阶压控电压源低通滤波器

(2)无限增益多路反馈低通滤波器：

电路原理图如下：

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二阶低通滤波器的设计

图2-2 无限增益多路反馈低通滤波器

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第三章 参数设计 器件选择

3.1参数设计：

（1） 对于图1所示的压控电压源低通滤波电路有

放大倍数Av=

设C=C1=C2，R=R1=R2； 则fc=

（2） 为简单起见对于图2所示的无限增益多路反馈低通滤波电路我们

用归一化法来做，见下表：

表3-1 归一化法元件清单

K=1 电阻单位为kohm 增益 1 2 6 10 r1 4.658 3.999 3.009 3.113 r2 4.658 7.997 18.053 31.133 r3 13.216 7.697 8.524 6.591 c1 0.05C 0.05C 0.02C 0.015C

选择电容C=0.01uf,根据K=5

我们将上述K=1时的电阻乘于5可得如下电阻元件： R1=k*r1=3.999*5=19.995k

R2=k*r2=7.997*5=39.985k R3=k*r3=7.697*538.485k; C1=K*c1=0.01*5=0.05uf

3.2器件选择：

（1） 对于压控电压源低通滤波电路所需元器件列表如下：

表3-2 二阶压控滤波电路元件清单 元件名称 元件标号 元件大小 备注 电阻 R1 R2 R3 R4 电容 运放 5

C1 C2 LM324 800ohm 20kohm 0.1uf 二阶低通滤波器的设计

(2)对于无限增益多路反馈低通滤波电路所需元器件列表如下：

表3-3 无限增益多路反馈低通滤波电路元件清单 元件名称 元件标号 元件大小 R1 R2 R3 备注 20kohm 40kohm 38.5kohm 电阻 C1 C2 500pf 10nf 电容 运放 LM324 （因考虑到元件误差电阻我们取近似值）

（3）电路仿真：设计好电路原理图后我们进行了电路仿真，以下是仿真结果:

<1>圧控电圧源低通滤电路仿真结果：

当输入100HZ的低频正弦信号时结果为

图3-1 仿真结果1

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当输入2KHZ的正弦信号时结果为

图3-2 仿真结果2

当输入100KHZ的正弦信号时结果为

Vi=20V,Vo=367.7mv 图3-3 仿真结果3

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二阶低通滤波器的设计

<2>无限增益多路反馈低通滤波电路 当输入10HZ低频信号时

Vi=20V Vo=40V 图3-4 仿真结果4

当输入2KHZ的正弦信号时结果为

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二阶低通滤波器的设计

Vi=20V, Vo=39.7v 图3-5 仿真结果5

当输入为20KHZ的正弦波信号时为

Vi=20V,Vo=398.1mv 图3-6 仿真结果6

综合上面仿真结果我们知道以上两种方案可以实现电路要求。

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第四章 实验、调试及测试结果与分析

4.1 电路调试

确定了电路,领了元器件之后,首先对电路进行了布局.由于此次我们组的所做原低通滤波器电路图比较简单,可以按照电路图焊,也可以采用部分焊法.再焊完电路并排除了焊接上的一些问题之后,我们开始了性能测试，将此电路连上函数信号发生器我示波器，然后打开各开头进行测试。

4.2测试结果（以下输入输出信号均为正弦波信号）

（1）圧控电压源低通滤波电路： 当输入f=100HZ, Up-p=1V

输出Up-p=2.4V, f=100HZ

当输入f=2kHz,Up-p=1v 输出f=2kHZ, Up-p=2.2v

当输入f=10kHZ, Up-p=1V

输出f=10kHZ,Up-p=364.5mv

(3)无限增益多路反馈低通滤波电路：

当输入f=100HZ, Up-p=1v 输出f=100HZ, Up-p=2.3v 当输入f=2kHZ, Up-p=1v 输出f=2kHZ, Up-p=2.1v 当输入f=10kHZ, Up-p=1v 输出f=10Khz,Up-p=36.4mv

误差分析： （1）通过测试结果我们知道电路存在着一定的误差，主要由以下几方面引起的： 1、 元器件焊接质量问题；

2、 元器件标称值与实际值这间存在误差； 3、 测量仪器的误差；

4、 电源电压输出值与真实值之间的误差；

（2）通过比较这两种低通滤波电路的测试结果可知无限增益多路反馈低通滤波电路的滤波效果比圧控电圧源滤波电路的滤波效果更良好。

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第五章 心得体会

这是一次比较系统的设计，是一次将理论与实践相结合的实验。其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力。甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而是简简单单的在书上找一个电路图，并将其简单的焊接起来，那就失去了本次课设的意义了。我们要通过各种实验来提高自己的动手能力。

在这次课设中，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了。对电子电路设计提升了认识所学的东西要付诸实践，所以一切要从实际出发，理论联系实际，发挥现在所具备的能力。体会到，一定要认真研究所给的题目，两人之间要有很好的合作精神，一起分析问题，这样就能比较快的解决问题。

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参考文献

[1].康华光.电子技术基础.高等教育出版 [2].万嘉若,林康运.电子线路基础.高等教育出版

[3].童师白,华成英.主编(第四版).高等教育出版社·2006

[4].邓谦，刘清平，张琦，黄丽贞.电子技术实践2实验指导书.南昌航空大学电子信息工程学院电子实践教学中心.2009年6月

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附录

附录一：LM324引脚图

附录二：元器件列表

表一 元件名称 电阻 元件标号 R1 R2 R3 R4 元件大小 800ohm 20kohm 0.1uf 备注 电容 C1 C2 运放

LM324 表二 元件名称 元件标号 R1 R2 R3 元件大小 20kohm 40kohm 38.5kohm 备注 电阻 C1 C2 500pf 10nf 电容 运放 LM324 13