哈工大模电大作业2

一、实验内容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0.01F的电容器，阻值尽量接近实际计算值。电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim进行仿真分析。二、原理分析给定电容值0.01uF，计算得：43RR=10K，选取1R=2R=39K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。1、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。2、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1.二阶压控型低通滤波器原理图因为电容器C1的接地端改为接运放输出端，引入了正反馈，由于在通带内电容器视为“开路”，因此C1的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即11upRfAR。为简化计算，令23,12RRRCCC,根据“虚短”和“虚断”特征及叠加定理可解得传递函数：2()()1(3)(sCR)upousIupAusAusAsCR令sj，得滤波器的频率响应表达式：21()(3)upuupooAAffjAff式中12ofRC，令21()(3)2HHupooffjAff解得该滤波器的上限截止频率为151.2722Hoofff定义有源低通滤波器的品质因数Q为off时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即13upQA实际应用，Q的调节范围0100Q，一般选取1Q附近的值。因为实验设计要求：2,2upHAfKHZ所以由计算可取：120,C0.01,R10.122RRfKuFKU17413247651R11k?Rf1k?R31k?R21k?C21uFC11uF三、Multisim仿真由仿真结果可以得到电路的幅频特性，且可知截止频率1.931KHz近似为2zKH。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：U17413247651R1100kΩRf100kΩR310.122kΩR210.122kΩC210nFC110nFVCC12VVEE-12VXFG1103042VCCVEE05图2.交流分析电路图节点2的输出结果如下页：幅频特性相频特性光标所测数据如下图四、实验心得测得通带的放大倍数在波特图下对应的值为6.0454dB，即20lg|Aup|6.054，得Aup2，与题设通带放大倍数一致；当1.99742HfKfK时，放大倍数在波特图下对应的值为3.0318dB,即20lg|Au|3.0318，得Au1.4172Aup，满足截至条件，与题设截至频率一致。二阶压控型LPF的幅频特性在f=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；本次实验设计在误差范围内，能够满足实验设计要求。