二二階rc有源濾波器的設(shè)計——multisim仿真

1、湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計1二階RC有源濾波器的設(shè)計報告濾波器是一種能夠使有用頻率信號通過，而同時抑制（或衰減）無用頻率信號的電子電路或裝置，在工程上常用它來進行信號處理、數(shù)據(jù)傳送或抑制干擾等。有源濾波器是由集成運放、R、C組成，其開環(huán)電壓增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用，但因受運算放大器頻率限制，這種濾波器主要用于低頻范圍。設(shè)計幾種典型的二階有源濾波電路：二階有源低通濾波器、二階有源高

2、通濾波器、二階有源帶通濾波器，研究和設(shè)計其電路結(jié)構(gòu)、傳遞函數(shù)，并對有關(guān)參數(shù)進行計算，再利用multisim軟件進行仿真，組裝和調(diào)試各種有源濾波器，探究其幅頻特性。經(jīng)過仿真和調(diào)試，本次設(shè)計的二階RC有源濾波器各測量參數(shù)均與理論計算值相符，通頻帶的頻率響應(yīng)曲線平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零，衰減率可達到|40Db10oct|濾波效果很理想。1965年單片集成運算放大器的問世，為有源濾波器開辟了廣闊的前景；70年代初期，有源濾波器發(fā)

3、展引人注目，1978年單片RC有源濾波器問世，為濾波器集成邁進了可喜的一步。由于運放的增益和相移均為頻率的函數(shù)，這就限制了RC有源濾波器的頻率范圍，一般工作頻率為20kHz左右，經(jīng)過補償后，工作頻率也限制在100kHz以內(nèi)。1974年產(chǎn)生了更高頻的RC有源濾波器，使工作頻率可達GB4（GB為運放增益與帶寬之積）。由于R的存在，給集成工藝造成困難，于是又出現(xiàn)了有源C濾波器：就是濾波器由C和運放組成。這樣容易集成，更重要的是提高了濾波器的精

4、度，因為有源C濾波器的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)。由RC有源濾波器為原型的各類變種有源濾波器去掉了電感器，體積小，Q值可達1000，克服了RLC無源濾波器體積大，Q值小的缺點。但它仍有許多課題有待進一步研究：理想運放與實際特性的偏差的研究；由于有源濾波器混合集成工藝的不斷改進，單片集成有待進一步研究；應(yīng)用線性變換方法探索最少有源元件的濾波器需要繼續(xù)探索；元件的絕對值容差的存在，影響濾波器精度和性能等問題仍未解決；由于R存在，

5、集成占芯片面積大，電阻誤差大（20%～30%），線性度差等缺點，使大規(guī)模集成仍然有困難。盡管有這么多問題，RC有源濾波器的理論和應(yīng)用仍在持續(xù)發(fā)展中。1.設(shè)計技術(shù)指標(1)設(shè)計二階RC有源低通濾波器：通帶增益AUF=2；品質(zhì)因數(shù)Q=0.707；截止頻率fH=20KHz；(2)設(shè)計二階RC有源高通濾波器：通帶增益AUF=2；品質(zhì)因數(shù)Q=0.707；截止頻率fL=2kHz；(3)設(shè)計二階RC有源帶通濾波器：通帶增益AUF=2；中心頻率：fO=

6、1.24kHz；帶寬:HzkHz；湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計32.3.2級數(shù)選擇一階濾波器電路最簡單，但帶外傳輸系數(shù)衰減慢，一般在對帶外衰減性要求不高的場合下選用。無限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對參數(shù)變化比較敏感，在這點上它不如壓控電壓源型二階濾波器。每一階低通或高通電路可獲得6dB每倍頻程（20dB每十倍頻程）的衰減，每二階低通或高通電路可獲得12dB每倍頻程（40dB每十倍頻程）的衰減。多級濾波器串接時傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級階數(shù)

7、之和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為mdB每倍頻程（或mdB每十倍頻程）時，則取級數(shù)n應(yīng)滿足n大于等于m6(或n大于等于m20)，根據(jù)帶外衰減特性的要求，我選擇二階濾波器。2.3.3運放的要求在無特殊要求的情況下，可選用通用型運算放大器。2.3.4元器件的選擇電容的選擇:一般設(shè)計濾波器時都要給定截止頻率fc(ωc)帶內(nèi)增益Av，以及品質(zhì)因數(shù)Q（二階低通或高通一般為0.707）。在設(shè)計時經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因

8、此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因為電容標稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配.電阻的選擇:根據(jù)電容的確定和規(guī)定的截止頻率和帶內(nèi)增益以及參數(shù)計算得的結(jié)果和市場上所出售的情況而選擇.3.1有源濾波器的基本概念由RC元件與運算放大器組成的濾波器稱為RC有源濾波器，其功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號?？捎迷谛畔⑻幚?、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運

9、算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用于低頻范圍。根據(jù)對頻率范圍的選擇不同，可分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)等濾波器，它們的幅頻特性如圖31所示。由于具有理想幅頻特性的濾波器很難實現(xiàn)，只能用實際的幅頻特性逼近。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。任何高階濾波器均可以用較低的二階RC有濾波器級聯(lián)實現(xiàn)。（a