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1、学 号 08700109模拟电子技术基础设计说明书二阶低通滤波器起止日期：2010年12月24日 至2010年12月31日电子与信息工程系2011年 1 月 2 日目录第一章 电路设计 11.1 集成运算放大器11.2 二阶低通电路11.3 课设电路及计算3第二章 所用元器件 32.1 电阻32.2 电容32.3 集成运算放大器 LM7414第三章 仿真情况 5第四章 课设总结 74.1 心得体会74.2 个人答辩问题7参考文献 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
2、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：UU -U =(1)p n Aod式中A是运放器的放大倍数，A是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差 od od 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
3、) 差模输入阻抗为8；(2) 开环差模电压增益Aod为8。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8，因此 在其两个输入端均没有电流，即在图1中1 = 1 = 0，如同两点被断开一样，这种现象称 12 为“虚断”。U 又因为A，根据输入和输出端的关系：U - U =十，所以认为运放的同相od p n Aod 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
4、二阶滤波器基础电路如图 2 所示：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ffO时(f0为截止频率)，电路的每级RC电路的相移趋于-90,两级RC 电路的移相到T80 ,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：A()V (s)AA(S) = o =F-V (s)
5、1 + (3- A )sCR + (sCR)2iV F令 A = A 称为通带增益0 V FQ =称为等效品质因数3 - AVF1 =称为特征角频率c RC、A 2贝 IA( s ) =0cS 2 + n S +3 2 Q c上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式注：当3-A 0，即A 3时滤波电路才能稳定工作。VFVF1.3 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；系统增系统带宽lOKHz,艮卩f =10kHz，所以选取电容值为10nF,由R=0益为OdB,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； 1得
6、此时电阻值为 2兀f cO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 1OnF。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1.05.0输入失调电压温漂输入失调电流20200输入失调电流温
7、漂输入偏置电流80500输入电阻0.32.0输入电压范围大信号电压增益50200输入电压幅度+-12+-10+-14+-13共模抑制比7090转换速率0.5电源电流1.72.8电源电压+-22允许功耗+-500差模输入电压+-30工作温度范围-55125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 (vlOkHz)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。IN4-QUT + _ + *nF公共反向保存FXf靖oRTT加载I日用I “I电平 |o类型一正弦I标准I自动1底-10VpkHzr%辔禹数信号发生器-%陌1设蛊上升/下薩时间I信号选项
8、 频率 占空比 振畅 偏移通道申 -13.397 V时间紬 _比例2OOus/Div僧示波莽-XEflExt Trigger c时间通道945.942 msETCT2-T1图 5 正常的输入输出波形it道a通道B比例 110 V/Div比例 |20 V/DivYfeS |0YfeS 0LAC | 0 J DC忖AC | o | 5c - | P触岌边沿k十IN B I外部 1 电申3.2当输入信号的频率大于截止频率时，选取f=30kHz,输出信号较输入信号已有明显的衰减。见图 6 其中红色为输入波形，橘黄色为输出波形，很明显，基本上已经没有输出了。图 6 基本全部截止的输出波形3.3 输出函数
9、波特图图 7 输出函数波特图第四章 课设总结4.1 心得体会实习了两个星期的，我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了 良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是 远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社 会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以 说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中 发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤 指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感 谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！4.2 个人答辩问题问题：（1）设计所用的集成运算放大器是什么？（2）频率 f 是怎么计算的？答： （1）LM741（2）f=1/（2*pi*R*C）参考文献1 康华光，北京：高等教育出版社，2006.12 邵毅全马耀庭SHA等，二阶有源低通滤波器设计与仿真研究。学术期刊（激光杂志）2009 年 3 期3 朱达群, 施围著，电子电气电路仿真。中国电力出版社 20094 郑君里等编著， 信号与系统 。高等教育出版社 2000
