基于Multisim的低通滤波器设计.doc

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1、引言Multisim是加拿大InteractiveImageTechnologies公司近年推出的电子线路仿真软件EWB(ElectronicsWorkbench，虚拟电子工作平台)的升级版。Multisim为用户提供了一个集成一体化的设计实验环境。利用Multisim，建立电路、仿真分析和结果输出在一个集成菜单中可以全部完成。其仿真手段切合实际，元器件和仪器与实际情况非常接近。Multisim元件库中不仅有数千种电路元器件可供选用，而且与目前较常用的电路分析软件PSpice提供的元器件完全兼容。Multisim提供了丰富的分析功能，其中包括电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分

2、析、噪声分析、失真分析和离散傅里叶分析等多种工具。本文以Multisim为工作平台；深入分析了二阶低通滤波器电路。利用Multisim可以实现从原理图到PCB布线工具包(如ElectrONICSWorkbench的Ultiboard)的无缝隙数据传输，且界面直观，操作方便。　　2电路设计　　由于一阶低通滤波器的幅频特性下降速率只有-20dB／10f，与理想情况相差太大，其滤波效果不佳。为了加快下降速率，使其更接近理想状态，提高滤波效果，我们经常使用二阶RC有源滤波器。采取的改进措施是在一阶的基础上再增加一节RC网络。　　电路结构如图1所示，此电路上半部分是一个同相比例放大电路，由两个

3、电阻R1，Rf和一个理想运算放大器构成。R1与Rf均为16kΩ。下半部分是一个二阶RC滤波电路，由两个电阻R2，R3及两个电容C1，C2构成。其中R2，R3均为4kΩ，C1，C2均为0.1μF。电路由一个幅度为1mV，频率可调的交流电压源提供输入信号，用一个阻值为1kΩ的电阻作为负载。　　3理论分析　　3.1频率特性　　二阶低通滤波器电路的频率特性为：　　3.2通带电压放大倍数AUP　　低频下，两个电容相当于开路，此电路为同相比例器。　　3.3特征频率f0与通频带截止频率fP　　4Multisim分析　　4.1虚拟示波器分析　　在Multisim软件的虚拟仪器栏中选择虚拟双踪示波器，

4、将示波器的A、B端分别连接到电路的输入端与输出端(即图1中的1、3节点)，再点击仿真按钮进行仿真，得到如下波形。　　图2为输入信号频率为1kHz，幅度为1mV时二阶低通滤波器电路的输入输出情况。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。我们选择示波器扫描频率为1ms／div。纵轴每格均代表1mV，输出方式为Y／T方式。幅度大的为输入信号，幅度小的为输出信号。　　很显然，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波器电路不会改变信号频率。从图2还可以看出，在输入信号频率较大(如1kHz)时输出信号的幅度明显小于输入信号的幅度。而低频情况下的理论计算结果AUP=2；即在低频情况下输出信号的幅

5、度应为输人信号的两倍。很显然，输入信号频率较大时电路的放大作用已经不理想。　　调节输入频率，使之分别为800Hz，600Hz，400Hz，300Hz，200Hz，150Hz，1Hz。由虚拟示波器得到输入频率为1Hz时的输出电压Uo1=2mV，即AUP=2，与理论计算值相吻合。而输入频率为150Hz时Uo2=1.5mV。此时Uo2最接近截止时的输出电压UP=0.707Uo1=1.414mV。这说明截止频率fP接近150Hz。　　我们发现，仅通过虚拟示波器分析，既很难得出fP的准确值，也不能直观看出输入信号的频率对电路放大性能的影响，于是用Multisim中的交流分析来精确观察电路的输入

6、输出特性。　　4.2交流分析(ACAnalysis)　　停止Multisim仿真分析(Multisim仿真分析与交流分析不能同时进行)，在主菜单栏中simulate项中选择Analysis中的ACAnalysis。参数设置如下：起始频率为1Hz，终止频率为10MHz，扫描方式使用十进制，纵坐标以dB为刻度，在Outputvariables中选择输出节点(即图1中节点3)，然后点击simulate进行仿真分析，得到电路的幅频特性曲线如图3所示。　　4.2.1通带电压放大倍数AUP的测量　　从特性曲线可以看出，在低频状态下频率变化对AUP的影响不大，频率较大时AUP随频率增加而急剧减小。

7、高频状态下输出电压则接近于0。从对话框中可知纵坐标最大值为6.0204dB，即AUP=2，与理论计算值相符。　　4.2.2通频带截止频率fP的测量　　fP为纵坐标从最大值(6.0204dB)下降3dB时所对应的频率，即纵坐标为3.0204dB所对应的频率。将图3中右侧标尺移至3.0204dB附近，选其局部进行放大；再将该标尺精确移至纵坐标为3.0204dB处，得到的横坐标为148.4952Hz，即fP=148.4952Hz。这与理论计算得到的基本一致。