RC有源滤波器的设计

目录RC有源滤波器的设计.....................................................11.设计目的........................................................12.设计原理和指标..................................................13.设计要求........................................................24.参数确定........................................................34.1二阶低通滤波器参数的确定...................................34.2二阶高通滤波器参数的确定...................................54.3工作原理...................................................75.电路图的设计....................................................75.1二阶低通滤波器电路图.......................................85.2二阶高通滤波器电路图.......................................85.3二阶带通滤波器电路图......................................106电路的安装......................................................107调试与测试.....................................................107.1调试前的检查..............................................117.2调试方法与原则............................................117.2调试中注意的事项..........................................128实验设计总结与感悟.............................................13附录...............................................................14参考文献...........................................................15RC有源滤波器的设计1RC有源滤波器的设计1.设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性2.设计原理和指标有源滤波电路是指滤波电路中除了使用R、C等元件外，还应用了集成运放等有源滤波电路。滤波电路的作用是选出有用频率的信号，使一定频率范围的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围之外的信号衰减很大。通常称可以通过的频率范围为通带，不能通过的频率为阻待。通带和阻带的界限频率称为截止频率。(1)低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH=2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；图1低通滤波器电路图(2)高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL=100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；RC有源滤波器的设计2图2高通滤波器电路图(3)带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO=1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。图3带通滤波器电路图3.设计要求（1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；（3）测量技术指标参数。RC有源滤波器的设计34.参数确定4.1二阶低通滤波器参数的确定常用的有源二阶低通滤波器电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈有源二阶低通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS）27有源二阶低通滤波器电路。本文主要介绍压控uiR1R2电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器。具体34电路如图1所示，信号从运放的同相端输入，C1C215V故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，图4运放A和R1、Rf组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源LPF。优点是电路性能较稳定，图4压控电压源有源二阶低通滤波器增益容易调节。这种滤波器的传递函数为：21212212112212111)1(111)()()(CCRRsCRACRCRsRRCCAsUsUsAuouoiou222cccuosQsA（1）在上式分母中，由于s为二次幂，故称为二阶LPF。其中，截止频率为：21211CCRRc（2）即：212121)(21CCRRfc（3）通带增益为：341RRAuo（4）1212111)1(11CRACRCRQuoc（5）Q称为滤波器的品质因数，由以上四式可知，当按比例调节R1、R2或C1、C2+15VuoRC有源滤波器的设计4时，可以改变c的值，但对Q和Auo的值没有影响，为了使幅频特性不出现凸峰，Q通常取0.7。图4电路的复数频率特性为：ccuouQjAA112ccuoffQjffA112（6）对数幅频特性为：222111lg20lg20ccuouffQffAA（7）当Q=21时，根据上式作出的幅频特性曲线，如图5所示。由(6)式可知，当f=fc时，模cffuA=Q·Auo，当Q=21时，cffuA=0.707·Auo，此时通带幅频特性最平坦，且电路工作时较稳定；当ffc时，uA≈Auo，为通带放大倍数；当ffc时，幅频特性以-40dB/十倍频的速率衰减，比一阶低通滤波器的特性好的多；)(lg20dBAAuou0110-3+40dB/十倍频-cff图5有源二阶低通滤波器的幅频特性RC有源滤波器的设计5若Q21，则-40dB/十倍频cffuA0.707·Auo，此时通带幅频特性将出现凸峰。根据20022000/)()()(QssAsUsUsHif0=0.37fp有R1=RfRc=0.00003取R1=1KC=0.1UF所以RF=1K,R=0.3K.4.2二阶高通滤波器参数的确定高通滤波器是一种用来传输高频段信号，抑制或衰减低频段信号的电路。滤波器的阶数越高，幅频特性越接近理想高通特性。常用的有源二阶高通滤波器电路有两种形式：一种是无限增益多路负反馈有源二阶高通滤波器电路；另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器电路。下面主要介绍压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器。具体电路如图6所示。图6压控电压源有源二阶高通滤波器该电路的传递函数为：R3R4+15V2736uoUiC1C44R1R2µA741-15VRC有源滤波器的设计621211122122211)1(11)(CCRRsCRACRCRssAsAuouou22ccuosQssA（8）其中：341RRAuo（9）21211CCRRc（10）112221)1(111CRACRCRQuoc（11）图6电路的复数频率特性为：ccuouQjAA112ffQjffAccuo112（12）对数幅频特性为：222111lg20lg20ffQffAAccuou（13）当Q=21时，根据上式作出的幅频特性uouAAlg20dB曲线如下图7所示.由图7可知，fc为转折频率，当ffc时，随着频率的加大，特性曲线按+40dB/十倍频的速率上升。该滤波器可以对频率小于fc的信号进行抑制。RC有源滤波器的设计7cff00.11-3+40dB/十倍频-40图7有源二阶高通滤波器的幅频特性曲线4.3工作原理滤波电路是一种能使杨浦用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路。5.电路图的设计EWB软件介绍EWB的全称为ElectronicsWorkbench（电子工作台），它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。EWB是一种优秀而易学的WDA（电子设计自动化）软件，与其他仿真分析软件相比，EWB的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。他几乎能对”电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验，虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。他还能进行实际无法或不便进行RC有源滤波器的设计8的试验内容，通过储存和打印等方法可精确记录器实验结果。它提供十多种电路分析功能，能仿真电路实际工作状态和性能。应用EWB，便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。5.1二阶低通滤波器电路图图8其中R1=1kR=300RF=kC=0.1F电源电压为100Mv/60Hz其上限截止频率为12HfRC=1690Hz仿真后得到幅频特性曲线为图95.2二阶高通滤波器电路图RC有源滤波器的设计9图10其中R1=200R2=R3=570RF=800C=1F电源电压为100Mv/60Hz其上限中心频率为12HfRC=77Hz仿真后得到幅频特性曲线为图11RC有源滤波器的设计105.3二阶带通滤波器电路图图126电路的安装用烙铁把买来的原器件安装在万能版上万能版如右图3.10所示图13（万能版）7调试与测试实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。RC有源滤波器的设计117.1调试前的检查在电子元器件安装完毕后，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：检查连线是否正确检查的方法通常有两种方法：按照电路图检查安装的线路。这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。按照实际线路来对照原理图电路进行查线。这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。其中741芯片引脚如图图14为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。检查元器件的安装情况检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。7.2调试方法与原则（1）通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现