二阶巴特沃兹有源滤波器设计与调试

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1、实验报告实验项目：有源滤波电路的设计与调试实验人：黄海进(13348039)黄淼鑫(13348043)黄涛(13348044)指导老师：郭东亮实验日期：2014/12/29日实验12有源滤波电路的设计与调试1.实验目的(1)学会设计有源滤波电路和测量滤波器的幅频特性(2)掌握电路有关参数对滤波器的影响2.实验仪器和实验元件二踪示波器x1、函数发生器x1、数字万用表x1、直流稳压电源x1电容电阻若干，集成运算放大器uA741（如下图）引脚图实物图3.设计与仿真1.低通滤波器：设计一个VCVS（压控电压源）低通滤波器，要求其截止频率f0=10kHz，Q=0.707，过渡带幅度衰减为

2、-40dB/十倍频。仿真验证设计，并组装调试电路，测量得出其幅频特性曲线；考虑到巴特沃兹滤波电路可提供过渡带幅度衰减-40dB/十倍频，故采用二阶巴特沃兹有源低通滤波器。电路图如下图（一）所示：图（一）按照此连线，先取RRR：1212RCC11CA(s)12，其中，Q12S10S2RC1C22C22RCRCC1121按照设计要求，f0=10kHz，Q=，取定C2C0.2uF，可得：1221f0==10kHz，解得：RR110Ω02122RCC12按照该连线，使用protues进行仿真，结果如下图（二）所示：图（二）由图可以看到，在频率f=10kH

3、z处，曲线相对最大值大概下降了3dB，说明仿真符合设计预期，可按照此连接图进行实际连线。2.高通滤波器设计一个VCVS（压控电压源）高通滤波器，要求其截止频率f0=100Hz，Q=0.707，过渡带幅度衰减为-40dB/十倍频。仿真验证设计，并组装调试电路，测量得出其幅频特性曲线原理同低通滤波器的设计，使用protues连线如下图（三）所示：图（三）按照此连线，先取CCC：122S11RA(s)，其中，Q2210S2SCR1R22R1RCRRC2121按照设计要求，f0=100Hz，Q=，取定CC1.0uF，可得：1221f0==100Hz，解得：R2

4、R2.2kΩ02122CRR12按照该连线，使用protues进行仿真，结果如下图（四）所示：由图可以看到，在频率f=100Hz处，曲线相对最大值大概减小了3dB，说明仿真符合设计预期，可以按照此连接图进行实际连线。3.带通滤波器设计一个VCVS（压控电压源）带通滤波器，要求其通频带为100Hz~10kHz，仿真验证设计，并组装调试电路，测量得出其幅频特性曲线。带通滤波器，可以视为一个高通滤波器和另一个低通滤波器组合在一起，由两级电路来组合成带通滤波器，但考虑到这两个滤波器之间的互相影响，为了尽可能减小这种影响，考虑将前一级电路的输出电阻抗设置得比较低，后一级电路的输入阻

5、抗设置得非常高，这样可以将两级滤波器的阻抗之间的互相影响降得非常小以至于可以忽略。低通滤波级和高通滤波级电路分别如下图（五）所示：高通级低通级图（五）对于高通滤波级，计算可得：R11A(jw)1，当A(jw)=时，可得：112R1-j1jwCwCR11111111，所以w，令C1=10uF，可得R159Ω1wCRRCwC12fC11111由于实际电阻没有159Ω，故使用R160Ω1同理，对于低通滤波级，计算可得：1jwC11A(jw)2，当A(jw)=时，可得：11jwCR2R222jwC21wRC=1，所以w，考虑到为了使得后一级阻抗要远大于前一

6、级的阻抗，22RC22所以设置后一级电路的R:R100:1，因此R100R16kΩ，由此可得：212111C2=0.001uF=1000pF.wR22fR2总体电路连线图如下图（六）所示：图（六）按照该连线，使用protues进行仿真，结果如下图（七）所示：图（七）由图可以看出，在频率f=100Hz处和f=10kHz，曲线相对于曲线最大值大概减小了3dB，说明仿真符合设计预期，说明将后级阻抗设置为前级阻抗的100倍之后，电路两级之间的阻抗影响变得很小，对电路几乎没有产生影响，该设计是合理的。4.电路实际连线1）根据设计元件值，在实验箱上所示电路组装电路。2）检查无

7、误后，接通电源、消振、调零，然后输入v1V的正弦电压，在if(0.1~2)f范围内用示流器粗略观察滤波器输出电压幅度变化情况，看是0否符合低通特性，不符合排除故障。3）用逐点法测量幅频特性曲线。改变信号频率，维持v1V，将测出的电i压v与理论值比较。04.1低通滤波器:(Hz)501005007001k2k3k4k5k6k7k8k9kV0(V)1.01.01.01.01.01.00.960.910.870.870.830.790.75(Hz)10k11k12k13k14k15k16