1西南科技大学电子专业综合设计报告设计名称：有源低通滤波器的设计姓名：李光伟学号: 20105315班级：电子1001指导教师：侯宝临起止日期：2013.11.18-2013.12.15西南科技大学信息工程学院制2综合设计任务书学生班级：电子1001学生姓名：李光伟学号：20105315设计名称：有源低通滤波器的设计起止日期：2013.11.18-2013.12.15指导教师：侯宝临设计要求：1. 查阅有关资料，掌握低通滤波器的基本设计方法；2. 每个滤波器的带外衰减不少于40dB/十倍频程；3. 低通滤波器的截止频率位200KHz；截止频率误差绝对值不大于10%，4. 滤波器通带增益在0.2~4.0可调；5. 画出设计原理图；并完成万用板的制作；6. 对滤波器的性能进行测试和分析，得出结论；7. 撰写实验报告。

综合设计学生日志时间设计内容11.18—11.24 查阅有关资料，分析设计要求11.25—12.3 根据分析结果完成原理图的设计12.4—12.8 根据原理图完成电路的焊接12.9—12.14 调试电路。

有源低通滤波器的设计摘要:低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。

理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。

有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。

滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。

根据指标，本次设计选用二阶有源低通滤波器。

关键词: 低通滤波器；集成运放；RC网络The design of active low-pass filterAbstract: Low pass filter is a by low frequency signal attenuation or suppress the high frequency components of signals. Ideal filter circuit should have certain amplitude frequency response in the pass-band and linear phase shift, and its amplitude should be zero in the stop-band. Active filter is to point to by amplifying circuit and filter circuit, composed of RC network; it is actually a kind of specific frequency response of the amplifier. The higher the order number of the filter, amplitude frequency characteristics of attenuation rate faster, but the RC network node number, the more components parameter calculation is more tedious, the more difficult the debugging of the circuit. According to the index, the design of second-order active low-pass filter.Key words:low pass filter, integrated operational amplifier, RC network一、设计目的和意义近现代，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，滤波器的应用极为广泛，滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。

滤波器按元件分类可分为无源滤波器与有源滤波器等，有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。

利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。

本次课程设计，我根据自己所学专业知识和兴趣爱好，采用《模拟电子技术》和《集成电路》等相关知识来完成有源滤波器的设计。

二、控制要求要求每个滤波器的带外衰减不少于40dB/十倍频程；低通滤波器的截止频率位200KHz；截止频率误差绝对值不大于10%，滤波器通带增益在0.2~4.0可调。

三、设计方案论证1.整个系统的原理本设计采用MFB拓扑，也称为无限增益拓扑或Rauch拓扑；适用于高Q值高增益电路；其对元件值的改变敏感度较低。

该拓扑如图1所示。

图1 MFB拓扑1.1 各部分电路的作用(1)RC网络的作用:在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。

(2)反馈网络的作用:将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。

1.2 方案选择滤波器在通信测量和控制系统中得到了广泛的应用。

一个理想的滤波器应在要求的频（通内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。

然而实际的滤波器距此有一定的差异，为此人们采用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。

用运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点。

因为不用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。

由于运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻低，所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为103Hz~106Hz,频率精度为+（3~5）%，并可用简单的级联来得到高阶滤波器且调谐也很方便。

滤波器的设计任务是根据给定的技术指标选定电路形式和确定电路的元器件。

滤波器等的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的边界频率（没有特殊的说明时一般为-3dB截止频率），通带传输系数。

阻带指标为带外传输系数的衰减速度（即带沿的陡变）。

下面简要介绍设计中的考虑原则。

2. 关于滤波器类型的选择按照在频率特性，可将滤波器分为以下三种：（1）巴特沃兹响应优点：巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度响应平坦度，具有良好的综合性能，其脉冲响应优于切比雪夫，衰减速度优于贝塞尔。

缺点：阶跃响应存在一定的过冲和振荡。

（2）切比雪夫响应优点：与巴特沃兹相比，切比雪夫滤波器具有更良好的通带外衰减。

缺点：通带内纹波令人不满，阶跃响应的振铃较严重。

（3）贝塞尔响应优点：贝塞尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。

缺点：与巴特沃兹相比，贝塞尔滤波器的通带外衰减较为缓慢。

注意：巴特沃兹及贝塞尔响应的3dB衰减位于截止频率处。

而切比雪夫响应的截止频率定义为响应下降至低于纹波带的频点频率。

对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0dB的直流响应，因此截止频点位于0dB衰减处；而对于奇数阶滤波器而言，所有纹波均低于0dB的直流响应，因此截止频点定义为低于纹波带最大衰减点。

）由于本次设计要求未对此做出明确规定，所以我采用了巴特沃兹响应型滤波器。

2.1级数选择滤波器的级数主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。

每一阶低通或高通电路可获得-6dB每倍频程（-20dB每十倍频程）的衰减，每二阶低通或高通电路可获得-12dB每倍频程（-40dB每十倍频程）的衰减。

多级滤波器串接时传输函数总特性的阶数等于各级阶数之和。

当要求的带外衰减特性为-mdB每倍频程（或mdB每十倍频程）时，则取级数n应满足n大于等于m/6(或n大于等于m/20)。

2.2运放的要求在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器。

为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增应在80dB以上。

对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为FHz,则运放的单位增益宽带应满足下式：BWG大于等于（3-5）A e FHz，式中A e为滤波通带的传输系数。

如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，则选低漂移运放。

如果滤波器工作于超低频，以至使RC网络中电阻元件的值超过100kΩ，则应选低漂移高输入阻抗的运放。

由于如果使用一级运放可能做出的实物会与理论值差异较大，所以本设计在老师的建议下采用二级运放实现。

2.3元器件的选择一般设计滤波器时都要给定截止频率f c(ωc)带内增益A v，以及品质因数Q （二阶低通或高通一般为0.707）。

在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定某些元件值。

一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表3-1初选电容值。

表3-1 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f (1~10)Hz （10~102）Hz （102~103）Hz（1~10）KHz（10~103）KHz（102~103）KHzC (20~10)F （10~0.1）uF （0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF3.参数计算二阶滤波器的系数a1=1.41,b1=1。

由二阶MBF低通滤波器的计算公式可对上述元件参数进行计算。

计算时，可先选定C1的值，则C2、R1、R2的值由下式决定：R2={a1C2-[a12C22-4b1C1C2(1-A0)]1/2}/4f c C1C2R1=R2/-A0R3=b1/4πf c C1C2R2C2>C14b1(1-A0)/a12由于手动计算过于复杂，所以我采用了计算机软件辅助计算。

借助FilterPro软件（TI 公司推出的滤波器设计软件）可以计算出C1=100pf，C2=750pf，R1=7.5KΩ，R2=10KΩ（可调电阻）。

使用mutisim仿真出来的结果也证明了该参数完全符合设计要求。

4. 芯片选型4.1运算放大器AD8646和AD8651AD8646和AD8651管脚图为图2。

AD8646和AD8651芯片是高增益运算放大器，常用于军事，工业和商业应用这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

第2管脚是负输入端；第3管脚是同相端输入端；第4和第7管脚分别为负直流源和正直流源输入端；第6管脚为输出端；第8管脚是悬空端；第1管脚和第5管脚是为提高运算精度。