目录实验目的--------------－－--－--－----------------------－---－---------－------------－-------－---－---－-－-----－－－--－------- 3实验要求--－-－-－--－-------------－----－---－-－---－-－--－------－--－----－－--－---------－－--－--－-－-－-------－------－－-------- 3实验原理------－---------－－－--－－-----－-－----－--－－-----－-－------－-－-－----－--－------－---------－-----－－-－-－－－--------－-- 3滤波器基础知识简介---－--－----------－－-----－--－---------－--－----－--－-－--－----－-－----------------－-- 3有源低通滤波器（LPＦ）--－-－－---------－--－----－－-－--------－--------------－--------－------－-－-－--- 4二阶压控型低通滤波器-－--－-----－-－----－-----－---－－－--------－－－-－-－－-----－--------－-------－－-－-－－ 4实验设计－－-－--------－－------－-－--------------－-－----－－－-----－-－－-----－--－－-－----－---－－-------－－－－--－-－-------－--－--－- ５仿真分析--－-－---－---－--------－－----------－--－-－--－－－-----－－----－-－--－-------－--－－-－------－-－----------－----－-----－--- 6仿真电路----－----－--－----------－－－－------－------－-－--－-－-------－－-------－-----－－-－－--－---－-----－-－--－--－--－-－－---- 6实验结果-----－--－－--－-－-－--－-----－---－----－-－－-－-－--------－----------－----－---－--------－－－－--－－--－-----－------－-－- 7波特图仪显示-－--－－----－---－---－----－------------－－--------------－－－--－－-－－－------－--－------－-－--－-－－-----－－7AＣ交流分析显示-------－---－---------－－－--------－-－-－－------－-－-----－--－-－--－--------------－--－------- ９实验结果分析－-----－---－----－---－-－----－------－--－－－－－---－-－－-－---------------－－------－---－-----－--------－--－13理论计算－-----------－－---－---－-－－-－－－－---－-------－--------－------------－－－-－---－------－------－------－----－----－１3实验结果比较与分析－－－---－－--－----－-－--－-－--------－--－-----－-－-－---－--－----－－--－---------－--－-----－1３实验结论--－----－---－-------－-----－-－-－－－-－-----------－--－---－-------－－-－-－--－-－--－----－-－----－-----－--－－--－--－----－--- 14参考文献－－--－------－－-－----－---－--－-－-－------－--－－--------－－-－---－-----－-－-----－-----－-－----－----－-－---－-------－-－---－14实验目的：1、熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；2、学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；3、学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法;4、学习利用Multiｓim仿真软件进行电路仿真分析。
实验要求:设计一个二阶压控型低通滤波器。
要求：通带增益为2，截止频率为2KHz，可以选择0．01μF的电容器,电阻的阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，用Multｉｓｉm仿真软件进行仿真分析，并画出其频率特性曲线。
实验原理:1、滤波器基础知识简介按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器（LＰF）、高通滤波器（HPＦ)、带通滤波器(BPF）、带阻滤波器(ＢEF)几种。
按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。
如果滤波器仅由无源元件(电阻、电容和电感)组成，则称之为无源滤波器；若滤波器含有有源元件（晶体管、集成运放等)，则称之为有源滤波器。
由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC有源滤波器。
由于集成运放有带宽的限制,目前RＣ有源滤波器的工作频率比较低，一般不超过1MＨz。
2、有源低通滤波器(ＬPF)低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过,抑制高频分量。
有源低通滤波器是以RC无源低通滤波器为基础,与集成运放连接而成。
3、二阶压控型低通滤波器二阶压控型有源低通滤波器如下图所示。
图错误!不能识别的开关参数。
．二阶压控型低通滤波器原理图将电容器C１的接地端改接到运放的输出端，引入了正反馈。
由于在通带内电容器可视为“开路”,因此C1的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即Aup＝1＋RfR1。
为简化计算,令R2=Ｒ3=R，C1=Ｃ2=Ｃ，根据“虚短”和“虚断”特性以及叠加定理可解得传递函数:Aus＝Uｏ(s)Ｕi(s)=11+3-AupｓＣR+(sＣR）2Auｐ令s＝jω,得滤波器的频率响应表达式:Au＝Aup１-ff02＋j(３-Aｕp)fｆ０式中ｆ０=12πRC。
令1-fＨｆ02+j(3-Aｕp）ｆHf0=2解得该滤波器的上限截止频率为ｆＨ=1+5２f0≈1.27f0定义有源低通滤波器的等效品质因数Q为f＝f0时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比,即Q=13-Ａuｐ在实际应用中,Q的调节范围为0．5≤Ｑ≤100,一般选取Ｑ=1附近的值。
实验设计本次实验采用上述二阶压控型低通滤波器电路图。
令Aup=１+ＲfＲ１=2fH＝1+５2f0≈1.2７f0＝1.２71２πRC=2KHz可取Ｒ１=Rf=100KΩ,C=０.01μF,R=10.１22ＫΩ仿真分析运用Ｍultiｓｉm软件对上述实验设计思路进行仿真分析。
1、仿真电路运用Multiｓｉm绘制的实验电路图如下图错误!不能识别的开关参数。
.实验设计电路图电路中,XFG1为该二阶压控型低通滤波器提供电源。
XBＰ１有两组端口，左侧IＮ是输入端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输入端的正、负端子；右侧OUT是输出端口，其“+”、“-”输入端分别接被测电路输出端的正负端子。
XBＰ1的IＮ端为二阶压控型低通滤波器提供一扫描信号。
2、实验结果２.１波特图仪显示运用Mｕltisim中的波特图仪(ＸＢP１）观察二阶压控型低通滤波器的频率特性。
XBP１的设置以及观察结果显示如下:图错误!不能识别的开关参数。
. XBＰ1的幅频显示1图错误!未定义书签。
．ＸBP1的幅频显示2图4．XBP1的幅频显示3图错误!不能识别的开关参数。
. ＸBP1的相频显示1图 6. XＢP１的相频显示２根据上述五幅波特图仪的显示可知：该滤波器呈现低通状态。
在f=1mＨz即通带内2０ｌg Au=6．021dＢ，Au的相移为0Deg；在ｆ=f0＝1.577KHz时，20lg Aｕ=5．99４dB;在f=2.13６KHｚ时，2０lg Au=1.9dB,Au的相移为-122.5３４Ｄｅｇ。
２.2 AC交流分析显示运用Muｌtisiｍ的AC交流分析功能对该滤波器进行仿真分析。
显示节点后的电路如下:图错误!未定义书签。
. 交流分析电路图节点２的输出结果如下页:图错误!未定义书签。
. 交流分析的幅频输出图错误!未定义书签。
.交流分析的相频输出图12. 交流分析V２幅频输出2图1３．交流分析Ｖ2的幅频输出3图错误!未定义书签。
. 交流分析V２的相频输出1图错误!不能识别的开关参数。
．交流分析V2相频输出2根据上述七幅V2的交流分析输出结果可知：该滤波器呈现低通状态。
在f=1mHｚ即通带内Ａu=2,Au的相移为-36.５57９mDｅg;在ｆ=ｆ0=１.5636KＨz时,Au＝２.0034;在ｆ=2.０063KHｚ时，Ａu＝1.404６,Aｕ的相移为－１1６.706９Deg。
实验结果分析3．1理论计算由二阶压控型低通滤波器的工作原理分析可知:通带电压放大倍数Aup=1+RfＲ1=2;Au＝Aｕp1-ff02+j(3-Ａuｐ)fｆ０所以,在通频带内,Au=Aup=2，2０lg Au＝6.021ｄB,相移θ=０;当f＝ｆ0＝１.575ＫHz时，Aｕ=Aup=2，20lg Au＝6.0２1dＢ；当f=ｆH=２KHｚ时,Au＝1.４１82, 20lgＡu＝3.035dB,相移θ＝-115．762Ｄeg。
3．2实验结果比较与分析通过比较分析波特图仪（XＢP１)、AC交流分析的输出结果和理论计算值,本次实验设计在误差范围内可以满足实验要求，设计思路正确合理。
误差分析:1、实际的集成运算放大器并非是理想的，故将其看作理想运放来分析存在误差（主要误差）;2、电阻与电容的实际参数与标称值不等，存在微小误差；3、导线及电路各节点处有微小电阻;实验结论1、二阶压控型LPF的幅频特性在f＝ｆ0处会出现抬升现象,此时正反馈作用最强,使该频段的闭环增益加大；2、本次实验设计在误差范围内,能够满足实验设计要求。
参考文献[1] 王淑娟,蔡惟铮，齐明.模拟电子技术基础[Ｍ］．北京：高等教育出版社，20０9．[２] 孟涛．电工电子EDA实践教程[M]. 北京:机械工业出版社,2010．[3] 廉玉欣．电子技术最基础实验教程［Ｍ]. 北京:机械工业出版社，2010.。