四阶低通滤波器的设计的课程设计报告书

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1、word格式文档评阅教师评语：课程设计成绩考勤成绩实做成绩报告成绩总评成绩指导教师签名：测控电路及装置课程设计报告论文题目：四阶低通滤波器设计学院（系）：班 级：学生姓名：学号指导教师：时间：从 年 月 日到 年 月 日专业整理四阶低通滤波器设计摘要：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算系统，其中则是针对于连续的模拟信 号。低通滤波器是模拟滤波器的一种，其通频带是从零延伸到某一上限的频率， 而设计滤波器的方法根据要求的不同主要有巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝 塞尔逼近。本电路是巴特沃斯逼近通带增益为4，截止频率f ikHZ的四阶 低通滤波器。关键词：巴特沃斯逼近，四阶低通滤波器，加法器，op7

2、，压控电压源一、原理与总体方案1.1原理常见的高阶滤波器的设计常常是由一阶和二阶的低通滤波器串联得来，此次设计 的四阶低通滤波器，则是由两个二阶低通滤波器串联得来。而滤波器的设计由于对相 频和幅频的要求不同主要有三种设计方式巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝塞尔逼 近。这次的设计选择了保持幅频特性单调变化的前提下，通带内特性最为平坦的巴特 沃斯逼近。其幅频特性为KA(w) =p(I + ( / )2公式 1其中n为网络阶数，w为转折频率。n阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数可由下式确定：H(s)=里rNs +c k =1式中 6 = (2k 1)兀 /(2n)kn = 2Ns 2 + 2 sin 6

3、s + 22-、c- n = 2N +1 s2 + 2 sin 6 s + 2公式2本电路图为一个增益为四的四阶低通滤波器，则由上式可知有两个增益为二阶 的低通滤波器串联构成。为了更为明确地看到低通滤波的效果，现在四阶低通滤波器 的前面加一个加法器的输入。f(s )=2 w 2es 2 + 2 w sin 3k 8 s + w 2计算可得1.2总体方案1.2.1加法器的设计加法电路是信号运算电路中的基本电路，按照相位关系可以分为同向加法电路 和反向加法电路，本电路图由于方便看相位的原因，选择同向加法电路。NV 一V V 一_v “ R 六。_ P=20k则可以得到=u, + u有计算可得R1

4、= R2 = R3 = R = 10 K 1.2.2四阶低通滤波器的设计由公式1、2可得的用巴特沃斯逼近法设计电路的幅频特性及传递函数两级的二阶滤波的阻尼一个环节具有较小的阻尼a 1 =0.765,另一个环节具有较大的阻尼a =1.848采用压控电压源型低通滤波电路则可先根据二阶有源滤波器设计电容选 2择用表查得所用的电容C = C2 = C3 = C4 = 0.01uF再根据：,RK = K 亍=1 + -R0-1w =0T2 T2-T1土4时间807.018 us1.333 ms526.316 us通道998.769 mV587.785 mV-410.984 mV通道_B通道_c通道2.5

5、19 V4.001V1,82V反向| 保存| gnd r时间轴通道_AFvybiv-A触发比例 |2ms/t)iv比例D - B边沿 Ml外部Lx位置 |oY位置h电平|口| VpTT她|响 .AC | Q5T二|向c r r正弦I标准1自动IE图5仿真波形三、硬件设计3.1电路板的设计制作如图六所示为电路板的实物图，由于在实物器件中不能找到与计算值完全相同的 电阻。所以制作出来的电路图不能像仿真那样的标准结果，所以制作电路板时需要队 电阻的大小进行调整，已达到最为接近的结果。由实物调整最终电阻的大小为由两 个10k。的电阻串联和两个2k。的电阻并联后在串联，*4由一个10k。的电阻和一个 2

6、k。的电阻串联，*7由一个的大小为10k。的电位器代替，凡则由两个10k。和两个 4.7k。四个电阻串联得来。*1= *6= %= *5 =皿。保持与仿真相同大小。在测试的 过程中调节电阻和电容的大小使得其达到所需的效果图六电路板实物照片3.2示波器调试1设计中由图可以得到，放大倍数为四倍，截止频率为1KHz，同向，具有一定的相4、调试图八示波器调试波形图（衰减3B）没有合适的电阻大小与计算出来的电阻相匹配，采取的解决方式是根据所有电阻和所需电阻的大小，使用串联和并联以及电位器的接入使得其中的误差最小；放大倍数过大（过小），解决方法是调整电路中的电阻阻值大小，使输出达到要求的四倍增 益；截止频

7、率过大（过小），解决方法是调整电路中电容的容值大小，过大串联，过 小并联，是电路的截止频率在1KHz。4.2调试中遇到的问题调试中的输出波形失真，解决办法是调小输入的幅值大小，使幅值不超过1V,调 试中无输出波形，则是输入频率过高，高于1KHz的截止频率，调整输入信号的两个 频率，调为其中一个频率大于截止频率一个频率小于截止频率。五、测试与分析测试所得增益为4，截止频率f0 侦俄。增益K=4，是由两阶增益为二的二 阶低通滤波放大得来，输入的幅值为IV，输出的幅值为4V，刚好四倍。截止频率是 在输出初值不变的情况下调整输入频率而输入幅值不变的情况下，调得输出幅值为原 幅值的0.707倍，也就是衰

8、减3dB后频率为1KHz。六、结束语本电路是测控中最为基本的电路，设计方法也是最为基础的。通过这次设计，把 原来局限于书本上的单一计算设计与实验时的单一测量过结果联系起来，让基础的计 算到设计初步电路到仿真修改再到电路的实物制作，最后的硬件调试及测量几个过程 连贯起来。进一步熟悉了巴特沃斯逼近的设计方法，仿真软件Multisim的使用及仿 真调试，电路板的制作中的一些接线、节点、焊接问题的解决，实物调试时示波器的 使用以及出现的各种问题的处理。更加深刻且深入的了解认识高阶低通滤波器的设计 流程及其功能特性。参考文献：1 张国雄主编.测控电路.北京：机械工业出版社，2008.1（2010.9重印）。2 江晓安、杨有瑾、陈生潭主编.计算机电子电路技术一一电路与模拟电路部分.西安：西安电子 科技大学出版社，1999.12。