二阶低通滤波器(课程设计).doc

学 号 模拟电子技术基础 设计说明书 起止日期： 年月日 至 年月日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 系 年 月 日 第一章 电路设计 1 1.1 集成运算放大器 1 1.2 二阶低通电路 1 1.3 课设电路及计算 3 第二章 所用元器件 3 2.1 电阻 3 2.2 电容 3 2.3 集成运算放大器LM741 4 第三章 仿真情况 5 第四章 课设总结 7 4.1 心得体会 7 4.2 个人答辩问题 8 参考文献 8 第一章 电路设计 1.1 集成运算放大器 图1是集成运放的符号图，1、2端是信号输入端，3、4是工作电压端，5是输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大器的输入级通常由差分放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出端。图中标有“+”号的是同相输入端，标有“—”号的是反相输入端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反之则反相。当集成运放工作在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是： （1） 式中是运放器的放大倍数，是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。 理想运算放大器的两个重要指标为： （1）差模输入阻抗为∞； （2）开环差模电压增益Aod为∞。 根据这两项指标可知，当理想运算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为∞，因此在其两个输入端均没有电流，即在图1中，如同两点被断开一样，这种现象称为“虚断”。 又因为，根据输入和输出端的关系：，所以认为运放的同相输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。这种现象成为“虚短”。 “虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分析许多运放电路的出发点。当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不复存在。 图1 集成运算放大器 1.2 二阶低通电路 二阶滤波器基础电路如图2所示： 图2 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 传输函数为： 令 称为通带增益 称为等效品质因数 称为特征角频率 则 上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式 注： 滤波电路才能稳定工作。 1.3 课设电路及计算 根据本次课设要求，电路工作电压为15V，所以选用LM741芯片作为理想放大器；系统增益为0dB，所以将理想放大器反相输入端直接接到输出端，此时电路等效品质因数Q=0.5；系统带宽10KHz，即=10kHz，所以选取电容值为10nF，由R=得此时电阻值为1.6K。具体电路图如图3所示。 图3 protel电路图 第二章 所用元器件 2.1 电阻 采用碳膜电阻器，阻值稳定性较好，阻值范围宽，温度系数较好，成本低，价格便宜。大小为1.6K。 2.2 电容 采用金属化纸介电容器，体积小，容量可做得大，温度系数大，内部纸介击穿后有自愈作用。大小为10nF。 2.3 集成运算放大器LM741 （1）引脚 共8个引脚，其中引脚2和引脚3分别为反相输入端和同相输入端，6为输出端，7、4分别接正、负直流电源，1、5之间接调零电位器，引脚8为空。 （2）主要技术指标： 参数 LM741 最小 典型 最大 输入失调电压 1.0 5.0 输入失调电压温漂 输入失调电流 20 200 输入失调电流温漂 输入偏置电流 80 500 输入电阻 0.3 2.0 输入电压范围 大信号电压增益 50 200 输入电压幅度 +-12 +-10 +-14 +-13 共模抑制比 70 90 转换速率 0.5 电源电流 1.7 2.8 电源电压 +-22 允许功耗 +-500 差模输入电压 +-30 工作温度范围 -55~125 第三章 仿真情况 图4 仿真电路图 3.1 当输入信号的频率为2kHz（10kHz）时，输出波形与输入波形基本一致。见图5红色为输入波形，橘黄色为输出波形。 图5