有源低通滤波器设计实习报告.docVIP

课 程 设 计 报 告 所属院系： 电气工程学院 专 业： 自动化 课程名称： 电子技术基础A 设计题目： 有源低通滤波器的设计 班 级： 自动化091 课程设计题目：有源低通滤波器的设计 要求完成的内容：设计一个有源低通滤波器。技术指标要求为： 上限截止频率fH=1kHz，通带电压放大增益|Av|=2，在f = 10fH时，幅度大于30dB 。 使用的元器件要求为：运算放大器（LM741或LM353），电容（瓷片电容），电阻 （0.25瓦）等。 要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，计算并选取电路的元件参数。 （2）分析、测量电路的相关参数，修改、复核，使之满足设计要求。 （3）综合分析计算电路参数，满足设计要求后，认真完成设计报告。 指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 年 月 日 有源低通滤波器的设计 滤波器的介绍 滤波器是信号处理的重要单元,在现代电子技术中得到了广泛的应用。按处理信号的不同,滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器,模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。 低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定的幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波电路，他实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。 1.1.1 滤波器的用途??? 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图2所示。??滤波过程低通滤波器的主要技术指标?（1）通带增益Avp??? 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图3所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。?（2）通带截止频率fp??? 其定义与放大电路的上限截止频率相同，见图3。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性好。??图 LPF的幅频特性曲线n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下： （1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。 （2）选择具体的电路形式。 （3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。 （4）解方程组求出电路中元件的具体数值,并画出图形。 （5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。 2. 电路的设计及参数的计算 2.1.电路的设计 根据课程设要求，我们选择巴特沃斯（Butterworth）滤波电路。巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。由于要求为-30dB/十倍频程，选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。 有源二阶低通滤波器电路如图2.1所示，其中的电容C原来是接地的，现在接到输出端。显然C的改接没有影响通带的增益。压控电压源二阶滤波器电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出的阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，增益容易调整。 电路图如下： 有源低通滤波器图2.1 在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞fc时（fc 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容C引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。 2.2.电路参数的计算 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： ， n=1，2，3，. . . Butterworth的二阶归一化传递函数为：H（s=1/(s*s+1.414*s+1)；它的化归一化传递函数可以表示成两个多项式的比: