基于Multisim二阶RC有源滤波器的设计.pdfVIP

1前言

1.1选题依据

滤波器是一种能从杂质信号中过滤出有用信号的的电路。按其电路中使用的是有源元

件还是无源元件，滤波器分为无源和有源，有源滤波器的主要构造是RC网络、集成电路、

运算放大电路。通常它的体积很小，性能也很好，但是它的增益和输入阻抗很高，这是因

为集成运放的输出阻抗很低造成的，所以有源滤波器还具有放大、缓冲的作用。利用有源

滤波器可以将有用信号从复杂信号中过滤出来，抑制噪声信号，从而使信噪比得到提高，

因而有源滤波器广泛地应用在通信、控制、测量等技术领域中。

本次毕业设计，我是根据自己的兴趣爱好和所学过的专业知识来完成的。

1.2有源滤波器的发展概况及现状

有源滤波器伴随着集成运放的出现开始发展；在1970年后,人们开始重视有源滤波器

的发展。1974年,高频RC有源滤波器可以达到GB/4的工作频率。有源C滤波器由电容和

运算放大器构成,其性能仅取决于电容比。从而解决电阻给集成带来的困难,最重要的是过

滤精度都得到很大的提高。1978年,滤波器受单片RC有源滤波器的影响，得到了快速地

发展[1]

。

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去掉了电感器后，不仅使滤波器的体积变小了，而且也大大的提高了它的值。如今

虽然有源滤波器已经在很多方面都得到了广泛的应用，但是关于它的很多方面仍需要进一

步的研究和改进，比如：单片集成有待改进；理想运放的实际特性要进一步接近理想值的

研究；进一步应用线性变换方法的探索等。故有源滤波器无论是在理论上，还是在实际应

用中都需要进一步的研究和发展。

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2总方案设计

2.1RC有源滤波器的组成

RC有源滤波器最基本的组成部分：

1、RC网络：主要构造为电阻和电容，其作用就是在电路中进行滤波，将有用的信号

过滤出来，选取波形。

2、放大器：电路中应用了同相输入运放，其特点是具有高输入阻抗，低输出阻抗，

主要应用于前置放大级。

3、反馈网络：把经过放大器输出后的信号再次印象到放大器，并比较前后两次输入

的信号，用经过比较后所得的有效输入信号去控制输出的过程叫反馈。反馈网络分为正、

负反馈，其框图如图2-1所示：

图2-1RC有源滤波方框图

2.2方案选择

在通信测量和控制领域中有源滤波器的应用很广泛。在要求的频带内理想滤波器的增

益是均匀而稳定的，而在通带以外则衰减无穷大。然而在实际应用中，滤波器会有一定的

衰减，通常只能采用各种函数来逼近滤波器的理想频率特性。

根据给定的技术指标，元器件的个数种类以及电路的形式都可以选定。滤波器的技术

指标分为通频带和阻带，通带指标包括通带传输系数、通带边界频率。阻带指标为帯沿的

陡变。下面简述滤波器的设计原则：

2.2.1关于滤波器类型的选择

巴特沃斯滤波器通带内的频率响应曲线几乎平坦，而在阻带内频率响应慢慢衰减，其

中一边界角频率先增加后减小，最终趋向负无穷大。在这次设计中，我选择设计的是巴特

沃斯二阶有源高通滤波器和巴特沃斯二阶有源低通滤波器[2]。

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2.2.2级数的选择

一阶滤波器的结构最简单的，带外传输缓慢。一般情况下可以选用，但是当对带外衰

减性要求很高的情况下，选用一阶滤波器就不合适了[3]。无限增益多环反馈型滤波器对参

数变化比较敏感，而压控电压源型滤波器对参数变化较为迟钝。任何阶数的滤波器均可通

过多级滤波器串联而得到，平均每阶高通或低通电路每倍频程可衰减-6dB。根据各方面综

合因素的考虑，本次设计我选择的是二阶滤波器。

2.2.3运放的要求

一般选择通用型运算放大器，其开环增益通常要高于80dB，这样不仅可以满足反馈

足够深以确保所需滤波特性。运算放大器工作频率的上限决定其频率特性。

如果滤波器的输入信号小于10mV，这时应该选低漂移运放。低漂移高输入阻抗的运算

放大器可以使滤波器工作在极其低的频率。在这次电路设计中，选用的是八管脚的uA741