哈工大模电大作业2

哈工大模拟电路基础大作业,可以供学习吃力的同学参考。

一、设计内容

设计一个二阶压控型低通滤波器，要求通带增益为2，截止频率为2kHz，可以选择0.01 F的电容器，阻值尽量接近实际计算值。电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim进行仿真分析。

二、原理分析

给定电容值0.01uF，计算得：R3 R4 = 10K ，选取R1 = R2 = 39K 按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）几种。按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。如果滤波器仅由无源元件（电阻、电容和电感）组成，则称之为无源滤波器；若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等），则称之为有源滤波器。

由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC有源滤波器。由于集成运放有带宽的限制，目前RC有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MHz。

1、 有源低通滤波器（LPF）

低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过，抑制高频分量。有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础，与集成运放连接而成。

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2、 二阶压控型低通滤波器

二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。

图 1. 二阶压控型低通滤波器原理图

因为电容器C1的接地端改为接运放输出端，引入了正反馈，由于在通带内电容器视为“开路”，因此C1的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即

Rf

Aup 1 。

R1

为简化计算，令R2 R3 R,

C1 C2 C,根据“虚短”和“虚断”特征及叠加定理可解

得传递函数：A

us

Aupuo(s)

2

uI(s)1 (3 Aup)sCR (sCR)

Aup

1 ()2 j(3 Aup)

fofo

式中

令s j ，得滤波器的频率响应表达式：Au

fo

1ff

，令1 (H)2 j(3 Aup)H 2 RCfofo

解得该滤波器的上限截止频率为fH

fo 1.272fo 定义有源低通滤波器的品质因数Q为f fo时电压放大倍数的模与通带电压放

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大倍数之比，即Q

1

3 Aup

实际应用，Q的调节范围0 Q 100，一般选取Q 1附近的值。

因为实验设计要求：Aup 2,fH 2KHZ

所以由计算可取： R1 Rf 20K ,C 0.0u1F

, R

1 210.K

三、Multisim仿真

由仿真结果可以得到电路的幅频特性，且可知截止频率1.931KHz近似为2KHz。

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AC交流分析显示

运用Multisim的AC交流分析功能对该滤波器进行仿真分析。显示节点后的电路如下：

图 2. 交流分析电路图

节点2的输出结果如下页：

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幅频特性

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相频特性

光标所测数据如下图

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实验心得

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测得通带的放大倍数在波特图下对应的值为6.0454dB，即

20lg|Aup| 6.054

，得Aup，与题设通带放大倍数一致；当 2

f 1.9974K fH 2K时，放大倍数在波特图下对应的值为3.0318dB,

即20lg|Au|

3.0318，得Au 1.417

，满足截至条件，与题设截至频率一致。二阶压控型LPF的幅频特性在f=处会出现抬升现象，此时正反馈作用最强，使该频段的闭环增益加大；本次实验设计在误差范围内，能够满足实验设计要求。通过本次作业，了解了二阶压控滤波器的幅频特性，并且在调节波形中学会不断努力尝试，结果一定会出现，收获颇丰。

参考文献

[1] 王淑娟，蔡惟铮，齐明.模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[2] 孟涛.电工电子EDA实践教程[M]. 北京：机械工业出版社，2010. [3] 廉玉欣.电子技术最基础实验教程[M]. 北京：机械工业出版社，2010.