课程设计说明书
课程设计名称：模拟电路课程设计
课程设计题目：二阶有源低通滤波器
学院名称：信息工程学院
专业：电子信息工程班级： 090412
学号： 05 姓名：吴平
评分：教师：彭嵩
20 11 年 04 月 07 日
《模拟电路》课程设计任务书20 10 －20 11 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周
低通滤波器是一种典型的选频电路，在给定的频段内，理论上它能让信号无衰减地通过电路，这一段称为通带外的其他信号将受到很大的衰减，具有很大衰减的频段称为阻带，通带与阻带的交界频率称为截止频率，对滤波器的基本要求是：（1）通带内信号的衰减要小，阻带内信号的衰减要大，由通带过渡到阻带的衰减特性陡直上升；（2）通带内的特性阻抗要恒为常数，以便于阻抗匹配。
在制作过程中运用到了multisim这款软件,用来设计仿真计算等.
经过一系列的分析、准备、电路焊接、检查。
本次课题设计除在美观方面和结果不理想（存在误差）外。
本次电路设计完成了设计要求。
关键字:低通;集成运放;滤波;截止频率；
第一章设计任务 (5)
第二章系统组成及工作原理
2.1 电路图及仿真效果图
电路一（电压控电压源） (6)
电路二（无限增益多路反馈） (6)
2.2 电路组成及各部分工作原理
电路组成 (7)
各部分工作原理 (7)
第三章电路参数计算、器件选择
截止频率f·····························`9
增益Av (10)
第四章实验、调试及测试结果与分析 (11)
结论与体会 (13)
参考文献 (14)
附录一 (15)
附录二 (16)
第一章设计任务
设计一个低通滤波器能达到以下要求：
分别用电压控电源和无限增益多路反馈两种方法设计电路；
截止频率fc=2KHz;
增益Av=2；
电路焊接简明，清晰；
小组成员独立完成布局设置，资料搜集，和参数设计。
在规定时间内合作完成电路的焊接，调试。
最后经指导老师检查，基本能达到设计要求的效果。
第二章系统组成及工作原理2.1 电路一（压控电压源）的电路图及仿真效果图
电路二（无限增益多路反馈）的电路图及仿真效果图
2.2 电路组成及各部分工作原理
电压控电压源电路组成
由两个RC环节和同相比例放大电路组成压控电压源的基本电路，如上一章电路图一R1C1和R2C2。
由于C1接到集成运放的输出端，形成正反馈，使电压放大倍数在一定程度上受输出电压的控制，且输出电压近似为恒压源，所以又称之为二阶压控电压源低通滤波器。
当C1=C2=C时，称f0=1/2πRC。
选择合适的参数，就可使得f=fp附近的电压放大倍数因正反馈而得到提高，从而使电路更接近于理想低通滤波器。
无限增益多路反馈电路组成
和压控电压源的区别是：其中运放为反相输入，输出端通过形成两条
反馈支路，故称无限增益多路反馈电路。
其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节对其性能参数会有影响，故应用范比VCVS电路要小。
第三章电路参数计算、器件选择
所用芯片:LM324
1.概述与特点
LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。
它设计在较宽的电压范围内单电源工作，但亦可在双电源条件下工作。
本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域中有广泛的应用。
其特点如下：
●具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3V~30V，双电源
±1.5V~±15V
●内含相位校正回路, 外围元件少
●消耗电流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞)
●输入失调电压低:±2mV (典型值)
●电压输出范围宽：0V ~ Vcc—1.5V
●共模输入电压范围宽：0V ~ Vcc—1.5V
●封装形式：DIP14
2.
图2 LM324N实物图图3 LM324N管脚图
压控电压源电路
有源二阶源滤波器电路如上图，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＞＞fc时（fc 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，传输函数为：
与低通滤波的传输函数的通用表达式：
相比，得有源二阶低通滤波器性能参数表达式为：
为了使运放输入端对地电阻平衡，在求解电路参数时，还要外加一个等式
R1+R2＝R3//R4。
若在给定有源二阶低通滤波器的截止频率为fc＝2kHz，电压增益为Av＝2，品质因素为Q＝0.707 的情况下[4]，选择集成运放的型号为
LM324，并取电容C＝0.01μF，然后将C＝0.01μF，Q＝0.707，Av＝2，fc＝2kHz
已知条件代入上述求出的性能参数方程和R1+R2＝R3//R4 表达式，就构成了四元三次方程组，解该方程组，得电路参数为：R1＝5.63KΩ（取标称值为
5.6KΩ+30Ω ），R2 ＝11.25KΩ（取标称值为11KΩ+240Ω ），R3 ＝R4 ＝33.76KΩ （取标称值为33KΩ+750Ω），C1＝C＝0.01μF。
无限增益多路反馈的参数设计查表可得:
设计一个二阶无限增益多路反馈1dB低通滤波器，增益Kp = 2，截频（指纹波之间的终止频率）f c = 2KHz。
设计步骤如下：
按上述快速设计方法得到标称的电容取C ＝0.01μF，对应的参数K＝2，也可以由式
K= 100 /( f c*C1)= 100/(2000*0.01)=5
从下表中查出Kp＝2时，电容C1＝C＝0.01μF，K＝1时的电阻值。
R1=2.602 KΩ
R2=5.204 KΩ
R3=8.839 KΩ将上述电阻值除以参数K=5可得结果
第四章实验调试及测试结果分析
压控电压源仿真结果:
图12 二阶有源低通滤波器仿真波形图（1）
无限增益仿真结果:
分析上图知电路的截止频率在1815HZ左右，与题目要求稍微有点偏差，这是由于电阻和电容的位置存在偏差及兼顾通带内电压放大倍数引起的，在误差允许的范围之内。
由于我们设计时没有充分考虑问题，所以所选的RC元器件是一组固定的值，无法调试，只有一特定选频的功能！
电压增益Av：
图13 二阶有源低通滤波器仿真波形图（2）
所加输入信号的有效电压Vi=120mv,波形入Channel-A所示;输出电压波形入Channel-B 所示，其最大电压约为2.570V，故输出电压的有效电压值Uo=2.570 x 0.707 =1816.99(mv);由以上分析知通带内电压放大倍数A0=Uo/Vi=1.897,和题目要求存在极小偏差，在误差允许的范围之内。
综上所分析得知我组所设计的二阶有源低通滤波器仿真模拟电路图符合题目要求，是正确的，
在频率f超过2KHz时，波形会有明显失真，满足设计要求。
结论与体会
课设了两星期，学习了两个星期的。
我两学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。
特别是让自己清楚的认识到自己没有把所学的知识掌握好，认识到课本中有些东西是要通过自己动手才能真正的体会和吸收及理解。
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，才是真正的学到了本领。
通过此次接触课程设计，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。
还好电路不是好复杂，基本上自己能解决，有些解决不了的也及时的得到了老师和同学们的帮助，顺利的完成了课程设计要求。
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！
参考文献
1、模拟电子技术基础（第四版）童诗白高等教育出版社.
2、RC有源滤波器（专题译丛）天津邮政.
3、王港元.电工电子实践指导（第二版）.江西科学技术出版社，2005.
4、谢自美.电子线路设计、实验、测试（第二版）.华中理工大学出版社，2000
5、张友汉.电子线路设计应用手册.福建科学技术出版社，2000.
附录一：
(1)压控电压源电路图
(2)无限增益电路图
录
二
：
元
件
清
单。