二阶RC有源滤波器的设计(2)

3.3 单元电路的设计

3.3.1 二阶RC有源低通滤波器(LPF)的设计 （1）低通滤波器特性

低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。如图3-2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图3-2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

(a)电路图 (b)频率特性

图3-2 二阶低通滤波器

（2）电路性能参数

二阶低通滤波器的通带增益

截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形

状。

当

2?Aup?3时，Q>1，在

处的电压增益将大于

Aup，幅频特性在 处

将抬高如图2-2所示。当

Aup≥3时，Q=∞，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等

于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自

激。

（3）参数计算

设定低通滤波器的截止频率为400Hz、品质因数Q=0.707，由公式

得出Aup=1.58，又由

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湖南人文科技学院毕业设计

Rf?0.58R1得出，由此设定Rf=9.1kΩ,R1=15kΩ；

为简化计算，设定R2=R3=R,C1=C2=C；又根据截至频率，初步确定电容值

C1=C2=C=0.01Uf，由

得出R2=R3=39kΩ

3.3.2 二阶RC有源高通滤波器（HPF）的设计 （1） 高通滤波器的性能

与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。

只要将图3-3低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图3-3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH分析方法，不难求得HPF的幅频特性。

(a) 电路图 (b) 幅频特性

图3-3 二阶高通滤波器

（2）电路性能参数：

二阶高通滤波器的通带增益

截止频率，它是二阶高通滤波器通带与阻带的界限频率。

品质因数，它的大小影响高通滤波器在截止频率处幅频特性的

形状。

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当 性能参数

Aup时，幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec；当 、f0各量的函义同二阶低通滤波器。

Aup≥3时，电路自激。电路

图3-3（b）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线

有“镜像”关系。 （3）参数计算：

设定低通滤波器的截止频率为f0=2kHz、品质因数Q=0.707，由公式

得出Aup=1.58，又由

Rf?0.58得出R1，由此设定Rf=9.1kΩ,R1=15kΩ；

为简化计算，设定R2=R3=R,C1=C2=C；又根据截至频率f0=2kHz，初步确定电容值C1=C2=C=0.01Uf，由

得出R2=R3=8.2kΩ

3.3.3 二阶RC有源带通滤波器（BPF）的设计 （1） 带通滤波器特性

带通滤波器只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，注意：要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。如图3-4所示。

(a) 带通滤波器原理框图

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（b）电路图 (c)幅频特性

图2-4 二阶带通滤波器

（2）电路性能参数

Aup=Aup1+Aup2 二阶带通滤波器的通带增益 fH=1/(2πR1C1） 二阶低通滤波器的截止频率 FL=1/(2πR2C2) 二阶高通滤波器的截止频率 F0=（fH+fL）/2 中心频率

Q=f0/(fH-fL） 品质因数，其大小影响滤波器在截止频率处幅频特性的形状 （3）参数计算：

从图2-4中我们知道此带通滤波器是由高通和低通滤波器串联而成，设其频带为B=800Hz——1.6kHz,其中高通滤波器的截止频率为带通滤波器的上限频率，低通滤波器的截止频率为带通滤波器的下限频率，设电压增益Aup=4，则高通和低通滤波器的电压增益各为Aup=2。

初步设电容：C1=C2=C3=C4=0.01uF

由fH=1/(2πR1C1）和FL=1/(2πR2C2)得：低通R3=R4=10kΩ，R5=R6=20kΩ

又

则Rf1=R1=Rf2=R2=5.1kΩ

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第四章：电路的组装与调试

4.1 MultiSim软件介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适

用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。

Multisim是一种优秀而易学的WDA（电子设计自动化）软件，与其他仿真分析软件相比，EWB的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。他几乎能对”电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验，虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。他还能进行实际无法或不便进行的试验内容，通过储存和打印等方法可精确记录器实验结果。它提供十多种电路分析功能，能仿真电路实际工作状态和性能。

应用Multisim，便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。

4.2 MultiSim电路图与分析

4.2.1 二阶低通滤波器

4-1 二阶低通滤波电路

电路结构如图4-1所示，此电路上半部分是一个同相比例放大电路，由两个电阻R1，Rf和一个理想运算放大器构成。R1为15kΩ，Rf为9.1kΩ。下半部分是一个二阶RC滤波电路，由两个电阻R2，R3及两个电容C1，C2构成。其中R2，R3均为39 kΩ，C1，C2均为10nF。电路由一个幅度为12V，频率可调的交流电压源提供输入信号。 （1） 理论分析

通带电压放大倍数AUP

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