实验十一 有源滤波器2.doc

实验十一 有源滤波器2 学院：信息科学与技术学院 专业：电子信息工程 姓名：刘晓旭 学号：2011117147 实验目的 掌握有源滤波器的构成及其特性 学习有源滤波器幅频特性的测量方法 实验仪器 数字示波器，信号发生器，交流毫伏表，直流电源 实验内容 设计一个二阶压控电压源低通滤波器。截止频率为2KHz,电压增益为2. 解：已知截止频率为2KHz,所以 原理图中电阻R3=R4=7.9577KΩ≈8KΩ;又通带增益为A=2，电路采取 的是同相输入，则A=1+R2/R1=2，故R1=R2，为使集成运放两个输 入端对地的电阻平衡应使R1//R2=2R=16kΩ，则R1=R2=32 kΩ，根据元 件库可选R1=R2=32kΩ。电路中使用741运放，并用正负12V直流电源 供电。交流电压源发出幅值为1V的正弦波，两个8kΩ的电阻R1、R2及 两个10nF的电容C1、C2构成低通环节。R3、R4构成放大环节，即构成 二阶压控低通滤器。 仿真图如下图所示： 利用Multisim11对上述设计电路图进行仿真分析, (1)根据示波器波形及读数得出放大倍数A如下图： 由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为2.0，符合幅 度增益要求。 （2).选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频 率扫描范围为：1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图： 由上图可得,将光标置于放大倍数为1.414（实际上在1.4956）处，对应的 截止频率是2.0396KHz，很接近设计要求指标2KHz，误差较小，可以符合设 计电路符合要求。 设计一个二阶无限增益多路反馈高通滤波器。截止频率为100Hz，增益为5. 解：电路原理图如下图所示： 该电路的传输函数为: 归一化传输函数为： 其中： ,通带增益： 截止频率： 品质因数： 因为增益为5，所以=5，故令C1=50nF,则C3=10nF 因为截止频率为100Hz，所以=100Hz，令 R1=10K,C2=10nF 可以求得，R2=140k 电路仿真原理图如下所示： (1)根据示波器波形及读数得出放大倍数A如下图： 由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为5.0，符合幅度增益 要求。 .选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频率 扫描范围为1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图： 由上图可得,将光标（置于放大倍数为1.414（实际上在1.4271）处，对应 的截止频率是100.8972Hz，很接近设计要求指标100Hz，误差较小，可以符 合设计电路符合要求。 设计一个压控电压源带通滤波器，中心频率为1000Hz,电压增益为2，品质因 数为10. 解：该带通滤波器使用单个有源运算放大器u741接成电源供电方式，易于实现。 令C=C1=C2,R是R1 ， R2并联值，则有 R=R1//R2 品质因数等于中心频率除以带宽=10 可以让R3的值远大于R的值来获得较大的品质因数，品质因数越大，选择 性越好，带宽越小。 它的中心频率=1000Hz, 电压增益A=-R3/2R1=2 令C=C1=C2=50nF,R3=6.4k 则得到，R1=1.6K，R2=161K 电路仿真原理图如下图所示： 根据示波器波形及读数得出放大倍数A如下图： 由上图可得，此二阶压控型低通滤波器通带放大倍数为2.0，符合幅度增益要求 （2）.选择参考点为运放输出端，使用交流分析仿真，选择输入信号的频率扫描 范围为：1Hz~200MHz，其频率响应曲线仿真结果如下图： 由上图可得,将两处光标分别置于放大倍数为1.414（实际上在1.4132和1.4062）处，对应的截止频率分别是618Hz和1.619kHz，很接近设计要求指标1000Hz，误差较小，可以符合设计电路符合要求。 设计抑制50Hz工频的陷波器，要求Q=10,电压增益〉=1。 解：本次设计采用双T型陷波器，其主体包括三部分：选频部分，放大器部分，反馈部分。此陷波器具有良好的选频特性和品质因数。 其中品质因数 K=R5/(R4+R5) 当R5/(R4+R5)时，其Q值最高，此时BW接近于0。但是实际过程中，Q值不能过大，否则会引起电路不稳定。 其中心频率的计算公式为： 本次设计要求去除50Hz的工频信号，所以RC=1/314，令R3=32Ω,则C=100nF 带宽越小越好，取fH=51Hz fL=49Hz 可得BW=4（1-K）f0=2,则Q〉25 即K〉0.99 R5〉99R4 ，所以取R4=500Ω，R5=100K 电路仿真原理图如下： 根