课程设计名称：模拟电子技术
课程设计题目：二阶低通滤波器的设计
学 院 名 称：信息工程学院
专业： 电子信息科学与技术 班级： 100431
学号： 10043130 姓名：杨孝兵
评分： 教师：孙成立led视频处理器
2012 年3月20日
模拟电子技术 课程设计任务书
20 11 －20 12 学年 第 2 学期 第 1 周－ 2 周
题目 | 二阶低通滤波器的设计 |
内容及要求 1、设计任务和要求 ②截止频率：fc=2KHz； ③增益Av=2。 2、组织安排：2人一组。 |
进度安排 1．布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：2天； 2．领元器件、制作、焊接：3天 3．调试、验收：2.5天 4．提交报告：2011-2012学年第二学期3～7周 |
学生姓名：杨孝兵 何彦鹏 |
指导时间：2012.2.13——2012.2.22 | 指导地点：E 楼 607 室 |
任务下达 | 20 12 年 2 月 11 日 | 任务完成 | 20 12 年 2 月22 日 |
考核方式 | 1.评阅 □ 2.答辩 □ 3.实际操作 □ 4.其它□ |
指导教师 | 孙成立 | 系（部）主任 | 王忠华 |
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注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
低通滤波器的功能是实现对低频段信号的通过，对高频段信号衰减。本次设计采用有源滤波器电路进行设计。参考课本《模拟电子电路基础》以及《OP放大电路设计》、《滤波器综合法设计原理》等书籍，最终选择具有负反馈的二阶有源滤波器电路。
关键词：滤波器；低通
一：设计要求
1、 分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计电路；
2、 截止频率fc=2KHz；
3、 增益Av=2。
二、设计任务:
（1）根据原理图分析电路的功能；
果树防虫网（2）进行电路的设计、焊接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；
（4）写出完整、详细的课程设计报告。
三：设计原理及其分析
根据设计任务要求设计一个二阶低通滤波电路，频率低于2KHz的信号可以通过。据题目要求，须分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法进行设计。
（一）压控电压源：将简单的二阶低通滤波电路中接地的电容C1端该接到集成运放的输出端，便得到压控电压源二阶低通滤波电路。电路中既引入 了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于C1的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C2的电抗趋于零，因而Up(s)趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1、R2组成的电压源，故称压控电压源滤波电路。
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（二）无限增益多路反馈：与压控电压源低通滤波电路类似，二氧化碳吸附剂无限增益多路反馈滤波电路也是通过增加RC环节，使得滤波器的过渡带变窄，衰减斜率值加大，电路如图2.4所示。但不同的是无限增益多路反馈滤波电路通过改变Rf的连接 ，改善f0附近的频率特性，实现多路反馈效果。同时，因为图2.4所示电路中的运放可看成理想运放，即可认为其增益无穷大，故也将该种电路称为无限增益多路反馈滤波电路。
四、理论分析
（一）频率特性：
二阶低通滤波器电路的频率特性为:fo=1/2πRC
液体速凝剂（二)通带电压放大倍数Aup：低频下，两个电容相当于开路，电路为同相比例，此时增益为：Aup =1+Rv/ Rf1 = 2;
（三）传输函数
其传输函数为：
其归一化的传输函数：
（其中为品质因数 ）
通带放大倍数：
五:参数设定
（一）压控电压源低通滤波器
1）由fc=2KHz,取C=0.01uF,则对应的参数K=5；
2）又由Av=2,参照设计表可知，电容C1=C=0.01uF,K=1时的电阻：R1=1.126K，R2=2.250K,R3=6.752K,R4=6.752K.
3）将上述电阻乘以参数K再取标称值，则：R1＝5.63K，R2＝11.24K，R3＝R4＝33.75K。
4)由观测可发现截止频率偏低，放大倍数满足要求。由w*w=1/R1*R2*C*C1,得C=C1=6800pF.
（二）无限增益多路反馈低通滤波器
1）由fc=2KHz,取C=0.01uF,则对应的参数K=5；
2）又由Av=2,参照设计表可知，电容C=0.01uF，C1=0.15C,K=1时的电阻：R1=2.565K，R2=5.130K,R3=3.292K.
3）将上述电阻乘以参数K再取标称值，则：R1＝12.82K，R2＝25.65K，R3＝16.46K。
4)由观测可发现截止频率偏低，放大倍数满足要求。由w*w=1/R1*R2*C*C1,得C= 6800pF,C1=1020pF.
压控电压源低通滤波器
无限增益多路反馈低通滤波器
六、电路仿真结果
（一）压控电压源低通滤波器
f=1KHz
f=2KHz
f=3KHz
f=20KHz
（二）无限增益多路反馈低通滤波器
f=1KHz
f=2KHz
信号灯作5G
f=3KHz
f=20KHz
七、电路的焊接与调试
（一）电路的排版与焊接：在对电路进行排版和焊接的时候，需注意以下几点：
1、需进行整体布局的构思，使元器件分布合理、整体上更加美观；
2、在对元器件进行排版时，也应注意到排线的方便与否；
3、先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；
4、布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；
5、在进行焊接时，需注意每个焊接点是否发生了虚焊的现象，为了防止虚焊，要特别注意锡不能过少；同时，又要注意不可使得锡的量太多，以免影响电路板的美观或者临近焊点的接触。
（二）电路的调试
在仔细检查安装好的电路，确定元件与导线连接无误后，然后接通电源上电调试。然后在电路的输入端加入一定幅值的正弦信号，慢慢改变输入信号的频率（注意保持输入电压的值不变），用示波器分别观察输入输出电压的变化，计算出实际的电压增益，再与理论电压增益相比较，若发现二者相差太大，则应该再次仔细检查电路；在滤波器的截止频率附近，观察电路是否具有滤波特性，若没有滤波特性，应检查电路，根据产生的问题，加上对原理图的分析，首先到可能出错的地方。
我们在调试的过程中也碰到了一些问题：
1、 当我们一将电路接入电压源和示波器时，发现输出波形不稳定，即有时候在示波器屏幕上不到波形。后来经过检查发现是示波器的基准线会随着调节每格电压值的大小而变化。当我们改变电压值时，就会重新到基准线，也就使得波形重新回到屏幕上；
cdna文库2、 有时候，电路一通电就会产生好大的干扰，经过老师的提醒，我们才发现是我们接电路通电时没有将电路的地端与电压源的地端相连，从而产生了干扰。
3、 通过比较输入与输出的电压值，我们发现输出的电压值反而比输入的电压值还小，这显然不符合题目所要求的电压增益。于是，我们觉得肯定是电路的连接上出了问题。经过检查才发现原来是芯片的管脚的连接出了问题，改正好电路路后，发现输出电压比输入电压要大了。虽然跟理论上的电压增益相差还是不小，但是此时的误差是由于电路中各电阻、电容的真实值与理论值之间的误差所引起的，而与电路的连接没有直接关系了。
八、实验结论
通过分析设计任务，本实验采用两种方法来设计有源二阶低通滤波器。一种是由一个简单
的二阶低通滤波器，将其接地的电容C1端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶低通滤波电路；另一种是通过改变简单的二阶低通滤波器Rf的连接，改善f0附近的频率特性，就构成了无限增益多路反馈滤波电路。这两种设计方法各有优势与不足。对于压控电压源来说，其原理可谓简单易懂，是一种大家比较容易接受和想到的方法，但是相对于无限增益多路反馈来说，其电路还是要稍微复杂一点的；无限增益多路反馈低通滤波器的实验电路图比较的简单，这可以减少我们的焊接时间，也可以减少我们焊接、排线出错的机率，但是不足之处就是，它的原理相对于压控电压源低通滤波器来说是比较难理解的。
本次实验当中，通过调试，电压的实际增益已达到一点多倍，虽然未达到理论值，即Av=2,但是误差是肯定存在的。当输入频率为3KHz以下时，信号可以通过，其增益处于1和2之间；当输入一个高频信号时，如f=20KHz时，信号已经基本上通不过了。所以总体来说，本次实验还是成功的。
实际增益并未达到2，其误差来源主要有：
1、 电阻、电容的实际值与理论值之间存在着一定的差距；
2、 调试时所提供的示波器也不是理想的，其本身存在着一定的误差；
3、 输入信号的真实值与理论值之间存在误差，即提供信号的信号源也不是理想的；
4、 电路当中的导线不是理想的，其也存在着一定的阻值。
九、实验小结
这次的实验是以两人为一小组进行的，通过本次试验，我更加深刻体会到了合作的重要性。也让我明白了理论和实际操作之间是有很大的差距的，有些东西理论上是行的通的，但是一旦实际操作起来，你就会发现其中的问题，所以这次的实验也让我真正领会了“实践是检验标准的真理”这句话。当然，这次的课程设计让我对有源低通滤波器的原理和性质有了更深刻地认识，也锻炼了我的动手能力。总之，小小的实验，大大的收获！
总体来说，这次低通滤波器的设计还是相对比较简单的，虽然设计电路中要求了两种设计方法而且压控电压源的设计电路图也相对复杂，但是只要我们细心焊接、耐心排线，会发现其实并不难。
十、参考文献
[1]、王港元.电工电子实践指导[M]（第二版） 江西科学技术出版社，2005.
[2]、谢自美.电子线路设计、实验测试[J]（第二版）.华中理工大学出版社，2000
[3]、张友汉.电子线路设计应用手册[J] 福建科学技术出版社，2000.
[4]、郝鸿安等.555集成电路实用大全[M] 上海科学普及出版社.
[5]、陈兆仁.电子技术基础实验研究与设计[M] 电子工业出版社，2000.
[6]、毕满清.电子技术实验与课程设计[M] 机械工业出版社.
[7]、杜龙林.用万用表检测电子元器件[J] 辽宁科学技术出版社，2001.
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