二阶有源低通滤波电路设计和分析.doc

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1、二阶有源低通滤波电路的设计与分析设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；Multisim10滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。从滤波器阶数可分

2、为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC有源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。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA仿真软件Multisim1O对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。1设计分析1．1二阶有源滤波器的典型结构二阶有源滤波器的典型结构。其中，Y1～Y5为导纳，考虑到UP=UN，根据KCL可求得式(1)是二

3、阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式，式中，Auf=1+Rf／R6。只要适当选择Yi，1≤i≤5，就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。1．2二阶有源低通滤波器特性分析设Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，将其代入式(1)中，得到压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为式(2)为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中，ωn为特征角频率，Q称为等效品质因数。2二阶有源低通滤波器的设计2．1设计要求设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=100kHz，等效品质因数Q=1，试确定电

4、路中有关元件的参数值。2．2选择运放设计要求的截止频率较高，因此要求运放的频带较宽，选用通频带较宽的运放，本例选用运放3554AM，带宽为19MHz，适合用于波形发生电路、脉冲放大电路等。输出电流，达到100mA，精度高，满足设计要求。2．3电路设计为设计方便选取R1=R2=R，C1=C2=C，则通带截止频率为可首先选定电容C=1000pF，计算得R≈1．59kΩ，选R=1．6kΩ。等效品质因数，则RF=R6。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，应使R6//RF=2R=3.2kΩ，则R6=RF=6.4k&Omega

5、;，选R6=RF=6．2kΩ。2．4理论计算根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。式(2)中，令s=jω，得到二阶低通滤波电路的频率特性为通带截止频率fo与3dB截止频率fc计算如下实际设计的二阶有源低通滤波电路，。3Multisim分析3．1用虚拟示波器观察输入输出波形Multisim环境下，创建的二阶有源低通滤波器的仿真电路，启动仿真按钮，用虚拟示波器测得的输入输出波形，。可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。从图4中可以看出，当输入信号的频率较大(例如

6、200kHz)时，输出信号的幅值明显小于输入信号的幅值，而低频情况下的电压放大倍数Auf=2。显然，当输入信号的频率较大时，电路的放大作用已不理想。调节输入信号V3的频率，使之分别为126kHz，100kHz，2kHz。由虚拟示波器得到，当输入信号的频率为2kHz时，输入输出信号同频同相，且输入信号的幅值约为1V，输出信号的幅值约为2V，即Auf=2，与理论计算相吻合。而输入信号的频率为100kHz时，Auf≈2。当输入信号的频率为126kHz时，输入信号的幅值约为998mV，输出信号的幅值约为1．369V，此时，说明3dB截止频率fc接近126kHz

7、。也可以用瞬态分析法观察输入输出波形。3．2测试幅／相特性等特征参量3．2．1用波特图示仪测试频率特性在图3所示的电路中，可以用波特图示仪观察电路的幅／相特性。从仿真得到的幅频特性曲线中可以看到，通带的对数坐标为6．02dB，对应的电压放大倍数Auf=2，且输入输出同频同相。对数坐标减去3dB即是对应的3dB设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA手段和依据。关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；Multisim1

8、0滤波器是