有源低通滤波器设计--电子信息工程综合性实验报告.doc

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1、本科学生综合性实验报告一、实验设计方案实验名称：有源低通滤波器设计实验时间：小组合作：是●否○小组成员：1、实验目的：⑴滤波器原理及用集成运放及电容、电阻搭建低通滤波器。⑵集成运放的特点及电容、电阻的选择。⑶运用相关仿真软件知识，考虑使用具有优化功能的电路仿真软件。2、实验场地及仪器、设备和材料：⑴江西财经大学枫林园校区物华楼w-103；⑵模拟电路实验箱，数字万用表，示波器，信号发生器，自制电路。3、实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）：一、实验内容：有源低通滤波器设计设计要求：（1）用

2、集成运放（注意选择的集成运放高端截止频率要高于1MHz。）配合电容、电阻构成一个有源低通滤波器，高端截止频率为500KHz。（2）带外每倍频程衰减不小于20dB。（3）扩展功能：在上述要求的基础上，考虑带外衰减更快。（4）先进行原理分析与方案选择，采用仿真软件进行设计。功能实现后，在万能板或印制板上搭建实际电路并进行调试，完成一份设计报告。二、实验电路及原理滤波电路的作用就是允许从零某段频率范围内的信号通过，阻止或削弱其他频率范围的信号。集成运算放大器是一种多端集成电路，具有高电压放大倍数。当外部

3、接入不同的线性或非线性元件组成输入和负反馈电路时，可以实现各种特定的函数关系。采用集成运放构成的RC有源低通滤波器具有输入阻抗高、输出阻抗低、可提供一定增益、截止频率可调等特点。有源低通滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，它能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，由两个RC网络和同相比例放大器构成。下图为设计的二阶有源低通滤波器的原理图三、元器件以及方案的选择因为实验要求是用集成运放配合电容、电阻构成一个低通滤波器，选择的集成运放高端截止频率要高于1MHz，高端截止频率为500KHz且带外每倍

4、频程衰减不小于20dB。所以我们组选择了LM6172,4个320Ω电阻，2个1000Ω电阻,1个100Ω电阻和一个220Ω的电阻，4个1nF电容。LM6172：四、设计电路根据题目我们设计了电路，在Multisim中仿真如下：由电路计算可得：（1）第一级的通带增益第二级的通带增益（2）截止频率fc特征角频率：截止频率：由Multisim仿真得下图：（1）波特测试仪：由波特图可知：低通滤波的截止频率为545KHz，在不到1MHz的时候，信号已经衰减了20dB，故能满足带外每倍频程衰减不小于20dB，

5、带外衰减非常快。如果提高滤波器阶数，衰减将会更快。（1）频率为1kHz时分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器后的输出信号。（2）频率为100KHz时分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出没有衰减，（3）500kHz时分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出开始衰减（4）600kHz时(5)1000kHz时分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表

6、经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出衰减超过20dB.四、焊接电路根据题目我们设计的实物图：正面：反面指导老师对实验设计方案的意见：指导老师签名：年月日二、实验结果与分析1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案2、实验现象、数据及结果Ⅰ、测试方法按照电路原理图，正确连接电路，将信号发生器的输出端接入电路板的信号输入端，再将示波器的CH1接口接电路板的信号输入端，示波器的CH2接口接电路板的信号输出端。接通电源，如下图所示：Ⅱ、测试结果①当频率为1.08Hz时，如下

7、图可看出增益为2①频率为10.8340kHz时，如下图可看出增益约为2②频率为108.34KHz时，如下图可看出增益约为2①频率为547.542KHz时，如下图可看出几乎没有增益，开始衰减②频率为818.023KHz时，如图可看出此时输出信号波形发生衰减,衰减到输入信号的三分之一⑥频率为1.00669MHz时，如图可看出衰减已经达到6倍。3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：从示波器的输出波形可看出，输入信号频率在10kHz，100K时，显示的输出波形是输入的2倍，即增益为两倍，在频率为50

8、0kHz时，显示的波形没有增益，在频率分别为800KHz和1MHz时，信号衰减，并且随着信号发生器输入的频率逐渐增大，信号输出也逐渐衰减，而且输入频率越高衰减越快。综上下图为输入频率和信号衰减的关系图：4、结论：（1）对比实验输出结果和仿真结果，当频率在500kHz以下时，电路的增益约等于2，和理论计算值相同，在500kHz左右时电路没有增益，准备衰减，达到了实验要求的截止频率值，，随着输入信号的频率逐渐增大，当频率在800KHz时，信号衰减一倍，当频率达到1MHz，信号衰减了六倍