有源低通滤波器原理.docx
《有源低通滤波器原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有源低通滤波器原理.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
有源低通滤波器原理
有源低通滤波器原理
引言
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号处理、数据传输和干扰抑制等方面，有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。
它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。
有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。
[1]但对于滤波器设计的综合技术，由于其网络元件参数的实际选择和调试的困难，采用普通实验设计方法不仅解决不了上述问题，还花费大量时间和设计成本，以至于设计出的产品价格昂贵，电路噪声大等质量问题也不尽人意。
因此，对有源低通滤波器的设计新方法探讨，仍有积极的实际意义。
[2]随着集成运放的广泛应用,有源滤波器的应用更为广泛,因此有源滤波器性能的分析和电路设计就成为一个核心问题,本文采用了先进的Multisim8仿真软件和归一化方法结合设计出有源低通滤波器的电路，并对其性能进行分析和实验现象进行仿真研究。
1Multisim8仿真软件特点简介
Multisim8是早期的ElectronicWorbench（EWB）的升级换代的产品。
早期的EWB与Multisim8在功能上不能同日而语。
Multisim8提供了功能更强大的电子仿真设计界面，能进行射频、PSPICE、VHEDL、MCU等方面的仿真。
Multisim8提供了更为方便的电路图和文件管理功能。
更重要的是，Multisim8使电路原理图的仿真与完成PCB设计的Ultiboard10仿真软件结合起来一起构成新一代的EWB软件，使电子线路的仿真与PCB的制作更为高效。
通过将Multisim8电路仿真软件和LabVIEW测量软件相集成，需要设计制作自定义PCB的工程师能够非常方便地比较仿真数据和真实数据，规避设计上的反复，减少原型错误并缩短产品上市的时间。
熟练掌握Multisim8电路仿真软件已成为当今电子电路分析和设计人员所必需具备的基本技能之一。
2有源低通滤波电路基本原理
2.1有源低通滤波电路基本概念
滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。
有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。
有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。
根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。
本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。
有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。
2.2有源低通滤波电路的组成和实验原理
二阶压控电压源低通滤波电路由两个RC环节和同相比例放大电路构成，电路如图所示。
3.2有源滤波器设计一般步骤：
（1）提出有源滤波器的技术指标和性能指标,他可包括在通带、阻带上的幅度要求，相位要求及其他需要的特性；
（2）寻找合适的传递函数；
（3）用实际电路实现传递函数，通常有多种电路可实现该传递函数；
（4）对所得各个电路进行各种性能分析，如容差分析，灵敏度分析；（5）选出能满足所有要求的电路；
（6）对选出的电路进行优化。
3.3巴特沃斯归一化设计电路参数
3.3.1巴特沃斯归一化传递函数的分母表
3.3.2参数的设计
设计一个有源二阶低通滤波器，指标为：
截止频率Fc=1kHZ;
通带电压放大倍数：
Auo=2;
在F=10Fc时，要求幅度衰减大于30dB。
由图可得
为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使：
R1+R2=R3//R4
综合以上等式可以求出：
C1=C2=C=10/Fc（uF）=0.01Uf,
4应用Multisim8仿真软件对有源低通滤波电路的设计与仿真分析
4.1有源二阶低通滤波器的仿真
输入输出波形
幅频特性曲线
相频特性曲线
4.2实验数据与结论分析
Fc=1kHZ;
Af=2;
f=10fc时，幅度衰减大于30dB;
分析:
有源二阶低通滤波器高频段发生衰减时其曲线的斜率比较小，衰减的程度比较缓慢。
因此，可以滤除高频成分。
由图可知，二阶有源低通滤波电路的输出波形滞后于输入波形。
测量输入波形和输出波形的幅值分别是1.438V和3.888V，计算得到电压放大倍数为2。
二阶有源低通滤波电路根据计算可得：
二阶有源低通滤波电路以-40dB/10倍频的幅度下降。
它与一阶有源低通滤波电路频率特性相较可以看出，转折区更陡峭，即特性更理想。
4.3实验板的测得数据
通过计算的数据很精确，但做板子时只能选用R1=11K,R2=22K,R3=R4=68K.
C1=C2=10NF,芯片采用NE5532.
测得数据：
输入Vi=1v10hz的信号，输出Vo=1.122v。
在0.707Vo=0.793254v时，f=366.03hz.
计算A=Vo/Vi=1.122,Fc=2f=732.06hz.
分析:
实验板的测量与仿真结果有差别，增益不到2，可能是因为运放芯片的选择，或实验仪器的误差。
附录
（a）低通 （b）高通
升级会员 