有源滤波器-标准

1） 进一步理解运放组成的RC有源滤波器的工作原理； 2） 熟练掌握二阶RC有源滤波器的工程设计方法； 3） 掌握滤波器基本参数的测量方法；

4） 进一步熟悉EWB高级分析命令的使用方法。 二、预习报告

1． 有源滤波器的作用：使对应频率的信号通过，而把其他频率的信号隔离或者抑制。 2． 类型：根据幅频特性的不同可分为低通、高通、带通、带阻。

按截止频率附近特性和相频特性不同分为Butterworth、Chebyshev、Elliptic。 3． 有源、无源滤波器的区别特点：

无源：电路简单，但对带通信号有一定的衰减，因而电路特性差。

有源：体积小，性能好，可放大信号，调整方便，但仅适用于低频范围。 4． 二阶低通滤波器设计

要求：截止频率f0＝2kHz，Q＝0.7，f>>f0处衰减速率不低于30dB/10倍频。 电路如下图1所示。 取C＝0.1uF，根据f0值求Rf、RF，即电阻对称，可得： 1113210Hz=>R=796Ω；再根据Q62RC2R0.11010.7=>A01.57，又因为集成运放要求两个输入端的外接

3A0RF1.57 Rf Rf∥RF＝2R

=>Rf＝4377Ω，RF＝2501Ω 5． 二阶高通滤波器设计

要求：截止频率f0＝500Hz，Q＝0.7，f=0.5f0处衰减速率不低于12dB。 电路如下图2所示。 取C＝0.1uF，根据f0求Rf、RF，即阻对称，可得： 111500Hz=>R=3185Ω；再根据Q值

2RC2R0.110610.7=>A01.57，又因为集成运放要求两个输入端的外接电

3A0RF1.57 Rf Rf∥RF＝2R

=>Rf＝17.5kΩ，RF＝10kΩ 6． 二阶带通滤波器设计： 1） 中心频率和通带放大倍数

f0A012RC Aof3Aof

2） 通带截止频率和通带宽度

fP1fP2f023Aof43Aof2f203Aof43Aof 2f0

RBW2FRf3） 品质因数Q

Q13Aof

三、实验内容 1． 低通滤波器

4） 自行设计一低通滤波器，截止频率f0＝2kHz，Q＝0.7，f>>f0处衰减速率不低于30dB/10

倍频。

设计图如预习报告中图1所示，参数为C＝0.1uF，R=796Ω，Rf＝4377Ω，RF＝2501Ω。

5） 在Multisim中建立该电路，用“AC Frequency Analysis”对电路进行分析，从分析所得

的幅频特性曲线中找出截止频率，检查是否符合设计指标要求，若不满足要求，调整元器件的值，直到满足要求为止。

实验测得截止频率f0为1.977kHz，基本满足设计制表截止频率f0＝2kHz的要求。

6） 在幅频特性曲线上读出4kHz和8kHz所对应的分贝数，检查是否满足f>>f0处衰减速

率不低于30dB/10倍频的要求。

实验测得4kHz处对应分贝数为-8.4983，8kHz处对应分贝数为-20.3058。衰减速率为（-8.4983+20.3058）/lg2=39.2>30，故满足要求。

7） 将电路中的C1由输出端改为接地，重复前面的分析，比较两者的区别，并进行分析。

此时理论上f00.37739.8Hz，实际测得截止频率为744.73Hz。

2RC实验测得4kHz处对应分贝数为-12.6618，8kHz处对应分贝数为-21.8475。衰减速率为（-12.6618+21.8475）/lg2=30.5>30，仍满足要求。

接地后，通带变窄，且衰减速率变小，这是因为C1直接接到输出端时，在中间频率情况下，通过C1引入正反馈，提高这些频率下的电压增益，这样通带较C1接地时宽，衰减速率较C1接地时大。

8） 观察Q值变化对幅频特性的影响，将反馈电阻改为2RF，重复前面的分析，描下波形，

观察两者的区别，并进行分析。 此时，Aof12RF1511.17，变大，幅频特性如下图所示。  ，Q'15Rf737测得：f0'2.69774kHz处对应分贝数为-4.2438，8kHz处对应分贝数为-17.2498，kHz，此时衰减速率为43.205>30。

也越大。 在RF'2RF时，衰减速率变大，这是因为Q值越大，0时的A

9） 观察R，C值变化的影响，改变R1、R2的电阻使

R0.1，测量f0的变化是否符合Rf0R f0RR'0.9R时，f0'2.1928kHz，

f00.1 f0R'1.1R时，f0'1.8113kHz，

f00.1 f0变化规律符合2． 高通滤波器

f0R。 f0Rf0500Hz，且f0.5，f0的幅度衰减不低于12dB。

1） 设计一个高通滤波器，要求2） 测得

f0504.8Hz

3） 当高频时输出为3.914dB，当f0.5时输出为12.323dB，故幅度衰减为12.323dB，大于理论值12dB。

4） 实验测得5Hz处对应分贝数为-76.06，10Hz处对应分贝数为-.02。衰减速率为（-（76.06-.02））/lg2=40>30，衰减速率满足要求。

3． 带通滤波器

1） 按图7-10中电路所示进行带通滤波器的仿真。

取R1=22kΩ，R2=47kΩ，R3=22kΩ，其余选择7-10参数

2） 测量其频率特性曲线，定出中心频率、上限频率、下限频率、带宽和Q值，并和理论值

比较。

f011Hz，误差为3.4% 723Hz，实测f0698.32RC222k0.01ufP1fP2f023Aof43Aof447Hz2

f203Aof43Aof1170Hz2实测fP1439.1Hz,fP21.11kHz，误差分别为1.77%，5.1%。

RBW2FRff0723Hz，实测为670.9，误差为7.2%。 品质因数Qf0698.31.041，误差为4.1% BW670.9

3） 将RF改为43kΩ、51kΩ，分别测量其带宽变化情况。

当RF改为43kΩ时，BW=735.8Hz 当RF改为51kΩ时，BW=613Hz

可知Aof越大，BW越小，Aof越小，BW越大。与理论符合。