有源低通滤波器的设计

目 录

一、绪论........................................................3

1、需求分析.....................................................3

2、滤波器的功能及分类...........................................3

3、滤波器的用途.................................................3

二、设计内容及要求.............................................4

三、有源低通滤波器原理分析.....................................4

1、频域分析法...................................................4

2、参数选择.....................................................5

3、实验原理图...................................................6

四、实验数据表格及幅频特性曲线 ................................7

1、实验数据表格.................................................7

2、幅频特性曲线.................................................7

五、实验结果及误差分析 .......................................8

六、结束语.....................................................8

七、引用文献...................................................8

一、绪 论

1.需求分析： 测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围

的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或

者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想

到的就是利用一个理想的低通滤波器，将这些干扰信号全部剔除。但理想低通滤

波器仅在理论上存在，实际设计和应用的低通滤波器只能尽可能地逼近理想的低

通滤波器。

2.滤波器功能及其分类:

2.1滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。

有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。

2.2 滤波器的分类：低通滤波器（LPF）

高通滤波器（HPF）

带通滤波器（BPF）

带阻滤波器（BEF）

3、滤波器的用途：

滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰，可以让该信号通过低通滤波器滤除其中的高频成分。

二、设计内容及要求

设计二阶有源低通滤波器，要求截止频率fH1500Hz；带通内电压放大倍数Aup2，品质因数Q10。

三、有源低通滤波器原理分析

1、频域分析

如下图1所示，此电路的传递函数为

1V(s)R1R2AU(s)o1111Vi(s)(sC10)sC2[sC2(1Aup)0]R1R2R1R2Aup1R1R2C1C211[(2Aup)]RR21s21sC1R1R2C1C2Aup不妨令R1R2R可得

1R2C1C2 AU(s)3A1ups2s2RC1RC1C2Aup

可知

Aup1RfR01

0Q

2、参数选择

按课题要求：

Aup2

RC1C2C1C2RC1103Aup3Aup02f02*1500Hz9420rad/s

Q10

确定参数：

值不宜太大，即C1F,R选在k～M范围内 综合以上要求，选择C10.1F,则

C2C1C10.01C10.001F2222Q(3Aup)10(32)11R1R2R1(k)0C1C294200.01*C1为了减少偏置电流和漂移取R036k，则

Rf(Aup1)R0(21)R036k

2、有源低通滤波器原理图如下：

图1 有源低通滤波器原理图

图2实验电路板

四、实验数据表格及幅频特性曲线

1、实验数据表格

输入信号电压U1/mV 44 0.4 91.5 44 0.948 91.8 44 1.763 92 输入信号频率f/KHz 输出信号幅值U2/mV 44 2.57 65.06 44 4.23 32 44 6.59 16 44 14.39 4 44 18 2.7 44 24.5 1.8 44 30 0.5 2、幅频特性曲线

五、实验结果及误差分析

由数据表格可知实验测得的截止频率f1=2.57kHZ，而理论计算的截止频率

f0=1.5kHZ；由实验曲线也可知实测曲线与理论曲线也并不是很好的重合，造成

以上误差的原因主要有以下几方面：

1、电路板上原件的阻值与实际的阻值有一点误差，得到的结果有不同。

2、电路板焊接时对元器件有了一点影响。

3、读数时有偏差，连接示波器时的元件的具体频率值与电阻值都直接取了整数，

并不是原来的那个值。因此在具体周期的计算值上也有不同。

4、焊接点与线也有一定的电阻。

六、结束语

从前面的分析及计算可以看出，本课题得到了一种有源低通滤波器特征频率

及放大倍率的实用计算公式，通过适当的参数选取可以得到一定倍率、一定特征

频率的有源低通滤波器，并具有良好的幅频与相频特性。

七、引用文献

《测控电路第三版》 天津大学 张国雄主编

《自动控制理论第三版》机械工业出版社 夏德铃 翁贻方编著

《模拟电子技术基础第四版》 高等教育出版社 童诗白 华成英主编