有源低通滤波器设计--电子信息工程综合性实验的报告.doc

本科学生综合性实验报告 一、实验设计方案 实验名称：有源低通滤波器设计 实验时间： 小组合作： 是● 否○ 小组成员： 实验目的： ⑴滤波器原理及用集成运放及电容、电阻搭建低通滤波器。 ⑵集成运放的特点及电容、电阻的选择。 ⑶运用相关仿真软件知识，考虑使用具有优化功能的电路仿真软件。 实验场地及仪器、设备和材料： ⑴江西财经大学枫林园校区物华楼w-103； ⑵模拟电路实验箱，数字万用表，示波器，信号发生器，自制电路。 3、实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）： 一、实验内容：有源低通滤波器设计 设计要求： （1）用集成运放（注意选择的集成运放高端截止频率要高于1MHz。）配合电容、电阻构成一个有源低通滤波器，高端截止频率为500KHz。 （2）带外每倍频程衰减不小于20dB。 （3）扩展功能：在上述要求的基础上，考虑带外衰减更快。 （4）先进行原理分析与方案选择，采用仿真软件进行设计。功能实现后，在万能板或印制板上搭建实际电路并进行调试，完成一份设计报告。 二、实验电路及原理 滤波电路的作用就是允许从零某段频率范围内的信号通过，阻止或削弱其他频率范围的信号。集成运算放大器是具有高电压放大倍数。当外部接入不同的线性或非线性元件组成输入和负反馈电路时，可以实现各种特定的函数关系。 元器件以及方案的选择 因为实验要求是用集成运放配合电容、电阻构成 一个低通滤波器，选择的集成运放高端截止频率要高于1MHz，高端截止频率为500KHz且带外每倍频程衰减不小于20dB。所以我们组选择了LM6172,4个320Ω电阻，2个1000Ω电阻,1个100Ω电阻和一个220Ω的电阻，4个1nF电容。 LM6172： 设计电路 根据题目我们设计了电路，在Multisim中仿真如下： 由电路计算可得： 第一级的通带增益 第二级的通带增益 （2）截止频率fc 特征角频率： 截止频率： 由Multisim仿真得下图： （1）波特测试仪： 由波特图可知：低通滤波的截止频率为545KHz，在不到1MHz的时候，信号已经衰减了20dB，故能满足带外每倍频程衰减不小于20dB，带外衰减非常快。如果提高滤波器阶数，衰减将会更快。 频率为1kHz时 分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器后的输出信号。 频率为100KHz 时 分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出没有衰减， （3）500kHz时 分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出开始衰减 （4）600kHz时 (5)1000kHz时 分析：图中蓝色线代表原信号即输入信号，红色线代表经过二阶有源低通滤波器之后的信号即输出信号，输出衰减超过20dB. 焊接电路 根据题目我们设计的实物图： 正面： 反面 指导老师对实验设计方案的意见： 指导老师签名： 年 月 日 二、实验结果与分析 1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案 2、实验现象、数据及结果 Ⅰ、测试方法 按照电路原理图，正确连接电路，将信号发生器的输出端接入电路板的信号输入端，再将示波器的CH1接口接电路板的信号输入端，示波器的CH2接口接电路板的信号输出端。接通电源，如下图所示： Ⅱ、测试结果 当频率为1.08Hz时，如下图可看出增益为2 频率为10.8340kHz时，如下图可看出增益约为2 频率为108.34KHz时，如下图可看出增益约为2 频率为547.542KHz时，如下图可看出几乎没有增益，开始衰减 频率为818.023KHz时，如图可看出此时输出信号波形发生衰减,衰减到输入信号的三分之一 ⑥ 频率为1.00669MHz时，如图可看出衰减已经达到6倍。 3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论： 从示波器的输出波形可看出，输入信号频率在10kHz，100K时，显示的输出波形是输入的2倍，即增益为两倍，在频率为500kHz时，显示的波形没有增益，在频率分别为800KHz和1MHz时，信号衰减，并且随着信号发生器输入的频率逐渐增大，信号输出也逐渐衰减，而且输入频率越高衰减越快。 综上下图为输入频率和信号衰减的关系图： 4、结论： （1）对比实验输出结果和仿真结果，当频率在500kHz以下时，电路的增益约等于2，和理论计算值相同，在500kHz左右时电路没有增益，准备衰减，达到了实验要求的截止频率值，，随着输入信号的频率逐渐