收信机的阶跃阻抗低通滤波器1
收信机的阶跃阻抗低通滤波器的设计
第一部分试验箱中的滤波器的分析
一、介质板参数的确定
使用ADS的LineCalc计算软件进行计算介质板的相对介电常数，经过测量得到介质板厚度为2mm，认为其相对磁导率为1，微带线金属片的厚度为0.005mm，金属片的电导率为4.1e7，损耗角正切为0.002。在介电常数为9.6、频率为500MHz的情况下，得到的微带线的宽度为1.97mm，与介质板上的50欧姆传输线基本符合，故在本次设计仿真中，采用认为介电常数为9.6。
二、根据测量得到的尺寸进行ADS仿真
1、原理图
2、S参数仿真结果
三、滤波器的性能分析
由仿真结果可以看出：滤波器的截止频率约为970MHz，0-500MHz通带内最大衰减为0.31dB。
查阅使用说明书可知，微波混频器的
射频工作频率： 2-3GHz
本振工作频率： 2-3GHz
中频频率： 1-500MHz
因此，作为下变频混频器的带外抑制滤波器，其截止频率只要大于500MHz，并且在2GHz有较大的插入损耗即可满足要求。
第二部分阶跃阻抗低通滤波器的设计
一、实验原理
用微带线或带状线实现低通滤波器的一种相对容易的方法，是用很高和很低特征阻抗的传输线段交替排列的结构。像这样的滤波器通常称为阶跃阻抗滤波器。因为与用短截线制作的类似的低通滤波器相比，它容易设计并且结构紧凑，所以较为流行。然而，因为它的近似性，它的电特性不是很好，所以这类滤波器通常限制在不需要有陡峭截止的应用中（例如，在抑制带外混频器产物中）。
1、短传输线段近似等效电路[1]
我们首先求找有很高或很低特征阻抗的短传输线段的近似等效电路。特征阻抗为、长度为l的传输线的ABCD参量为：
A= B=j
C=j D=
然后根据二端口网络的参量转换关系式：
==
==
求出Z参量为：
=
=
其T型等效电路的串联元件是：
-=-j=j
T型等效电路的并联元件是。所以，若，则串联元件有正电抗（电感），而并联元件有负电抗（电容）。所以我们有图1.1(a)所示的等效电路，其中
=（1.1a）
B=（1.1b）
(a)(b)
(c)
图1.1短传输线段的近似等效电路：（a）传输线段的T型等效电
路；（b）小的和大的等效电路；（c）小的和小的等效电路
现在假定有短的线长（）和大的特征阻抗，则式(1.1)可近似简化为
X (1.2a)
B0 (1.2b)
这对应于图1.1（b）所示的等效电路（串联电感）。对于短的线长和小的特征阻抗，式（1.1）近似简化为
X0 (1.3a)
B(1.3b)
这对应于图1.1（c）所示的等效电路（并联电路）。所以低通原型的串联电感可以用高阻抗线段（=）代替，而并联电容用低阻抗线段（=）代替。比数/应该尽可能大，
所以和的实际值通常设置成能实际做到的最高和最低特征阻抗。为了得到接近截止的最好响应，线的长度可由式（1.2）和式（1.3）决定，该长度应该在=处计算。由式（1.2）和式（1.3）的结果连同定标式
=
=
可得出电感段的电长度为
=（电感）（1.4a）
电容端的电长度为
=（电容）（1.4b）
式中，是滤波器阻抗，L和C是低通原型的归一化元件值（的值）。
2、寄生通带
只有当传输线段尺寸远小于波长时，才维持其半集中参数的性质。此时所得的低通滤波器特性才基本上和低通原型滤波器特性相仿。而当工作频率远高于截止频率时，其相应的波长就不再远大于传输线段的尺寸，因而此时半集中参数关系已不再维持，相应的滤波特性也不再和原型滤波器符合了。即当频率一直增加时，衰减并不像原型滤波器那样一直上升，而是在某些频率范围会形成一些衰减较小的区域，称为寄生通带。因此必须注意：在电路中应用低通滤波器时，应事先估计寄生通带的位置，使欲截止的频率不落入寄生通带内。
第一个寄生通带中心频率所相应的波长大约为高阻传输线段长度的两倍[2]。
二、ADS仿真
1、低通滤波器的设计指标
具有最平坦相应
截止频率为800MHz
在2GHz处的插入损耗必须大于40dB
阻抗为50Ω，采用6阶巴特沃兹低通原型，最高实际线阻抗为120Ω，最低实际线阻抗为20Ω，采用的基片参数d=1.58mm，=4.2，=0.02，铜导体的厚度t=0.035mm。
2.低通原型滤波器设计
2.1滤波器的设计步骤
（1）根据设计要求确定低通原型的元器件值。
（2）采用阻抗和频率定标公式，用低阻抗和高阻抗线段代替串联电感和并联电容。所需微带线的电长度βl，以及实际微带线宽W和线长l可由ADS软件中的LineCalc 工具计算得到。
（3）根据得到的线宽和线长进行建模并仿真计算。
2.2低通原型滤波器设计
先计算：
-1=-1=1.5
从图2.1可以看出，对于n=6的曲线，当-1=1.5时，LA>40dB,故最大平坦滤波器级数n=6。
图2.1 最平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线
根据表2.1列出低通原型值：=0.5176，=1.4142，=1.9318，=1.9318，=1.4142，=0.5176。该低通原型电路如图2.2所示。
图2.2 滤波器低通原型电路
表2.1 巴特沃兹滤波器低通原型元件值（=1，=1，N=110）
N
1 2.0 1.0
2 1.4142 1.4142 1.0
3 1.0 2.0 1.0 1.0
4 0.7654 1.8478 1.8478 0.7654 1.0
5 0.6180 1.6180 2.0 1.6180 0.6180 1.0
6 0.5176 1.4142 1.9318 1.9318 1.4142 0.5176 1.0
7 0.4450 1.2470 1.8019 2.0 1.8019 1.2470 0.4450 1.0
8 0.3902 1.1111 1.6629 1.9615 1.9615 1.6629 1.1111 0.3902 1.0
9 0.3473 1.0 1.5321 1.8794 2.0 1.8794 1.5321 1.0 0.3473 1.0
10 0.3219 0.9080 1.4142 1.7820 1.9754 1.9754 1.7820 1.4142 0.9080 0.3219 1.0 3 滤波器原理图设计和仿真
（1）由式1.4计算出各阻抗线的电长度，再使用LineCalc在Freq=800MHz计算出微带线
的线宽和线长。结果如表2.2所示。
表2.2 各支节的宽度和长度
节数=或（Ω）（度）(mm) (mm)
1 1 50 45 3.07 26.2
2 0.517 20 11.8 11.2 6.46
3 1.41
4 120 33.8 0.382 21.05
4 1.932 20 44.3 11.2 24.26
5 1.932 120 46.1 0.382 28.7
6 1.414 20 32.4 11.2 17.75
7 0.517 120 12.3 0.382 7.66
8 1 50 45 3.07 26.2 （2）根据计算得到的参数绘制出滤波器的原理图，如图2.3所示。
图2.3 滤波器的原理图
（3）原理图仿真得到S21和S11参数的矩形图，如图2.4所示。
图2.4 滤波器的S21参数曲线和S11参数曲线
通过仿真可知，滤波器的各项指标还没有满足设计需求，这就需要优化仿真来使滤波器的参数满足设计的要求。
4、滤波器电路参数优化
（1）由于原理图仿真和实际应用时参数会有一定的偏差，因此在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。
这里共设置了3个优化目标，OptimGoal1和OptimGoal2的优化参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况；OptimGoal3优化的是S11，用来设定通带内的反射系数。完成设置的目标控件如图2.5所示。
图2.5 完成设置的目标控件
（2）设置完优化目标后保存原理图，这时原理图如图2.6所示。
图2.6 设置完优化目标的原理图
（3）优化结束后的S参数如图2.7所示，从图中可以看出，滤波器在通带内（0800MHz）衰减小于0.792dB，阻带（23GHz）衰减大于40dB满足设计要求。滤波器在通带内S11小于20dB满足设计要求。
图2.7 S11和S21参数曲线
5、版图仿真
ADS版图采用矩量法（Mom）进行电磁仿真，器仿真结果比在原理图中仿真更为准确。实际电路的性能可能会与原理图仿真结果有一定差异，因此需要在ADS中进行版图仿真后才能制作电路板。由滤波器原理图生成的版图如图2.8所示。
图2.8 原理图生成的版图
版图仿真结果如图2.9所示。
图2.9 版图仿真结果
从图中可以看出，滤波器通带内（0800MHz）插入损耗小于1.3dB，反射系数小于
-11.8dB，在1.85 2.84GHz之间插入损耗大于40dB，满足了设计要求。
6、选用高阻抗线阻抗为100Ω，低阻抗线阻抗为30Ω时，滤波器的性能比较。
各支节的宽度和长度
节数=或（Ω）（度）(mm) (mm)
1 1 50 45 3.07 26.2
2 0.517 30 17.8 6.6 10
3 1.41
4 100 40.
5 0.687 24.88
4 1.932 30 66.4 6.6 37.2
5 1.932 100 55.3 0.687 33.97
6 1.414 30 48.6 6.6 27.3
7 0.517 100 14.8 0.687 9.09
8 1 50 45 3.07 26.2 原理图仿真结果如2.10所示。
图2.10 30-100Ω原理图仿真结果
将此仿真结果同图2.4比较可发现其阻带衰减明显下降，且第一寄生通带的频率下
降了约0.8GHz。
图2.4 20-120Ω原理图仿真结果
参考文献：
[1] 微波工程（第三版），356页
[2] 微带电路，清华大学，119页
二阶压控型低通滤波器设计
二阶压控型低通滤波器设计 1. 设计要求 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0.01uF 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 软件进行仿真分析。 2. 设计目的 （1） 进一步掌握滤波器电路的工作原理和参数计算。 （2） 熟练使用Multisim 进行简单的电路设计和仿真。 3. 问题分析与参量计算 3.1 问题的简单分析 二阶压控型低通LPF 电路基本原理图可参照教材P345页（如下） 而题目中已经给出了电容的值，故我们所要做的只是确定电阻阻值以及进行电路合理的相关改善。 实验所选取的运放器是a741，实验是在Multisim 环境仿真完成的。 3.2 计算电路相关参数 （1） 低通滤波器在通带将内电容视为开路，给电路引入负反馈从而满足“虚短”、“虚断”，通带增益 3412up R A R =+ =,则34R R =，取34R R == 10k Ω。 （2） 传递函数：为方便计算，取1212,R R R C C C ====，由“虚短”、“虚断”及叠 加定理，得()() ()()() ()()()677776/1()()[()]0up p p p i U s A U s U s U s sCR U s U s U s U s U s U s sC R R ==+-----= 得到传递函数：62()1()()1(3)()u up i up U s A s A U s A sCR sCR ==+-+ 令s j ω=，取012f RC π=，2f ωπ=，2 001(3)()up u up A A f f j A f f ?=+-- （3） 当f 为截止频率时，200|1(3)()|2up f f j A f f +--=,令0f x f =,则得方程 4210x x --=，解得x ，因为2f kHz =，取0.01C F μ=可解得10.1224R k ≈Ω电阻，由于实际试验中难以的到10.1224k Ω的电阻，故实际试验中用10k Ω的电阻代替之 （4）入10,1p V mv f kHz ==的信号源 最终得到的电路图： 3.3二阶压控电压源低通滤波器（LPF ）的幅频特性 Q=13-Aup =13-2 =1 ,所以Q=1的曲线即为此二阶压控电压源低通滤波器（LPF ）的幅频特性。
二阶低通滤波器课程设计报告(昌航版)
课程设计说明书课程设计名称：模拟电子技术课程设计课程设计题目：二阶低通滤波器的设计学院名称：信息工程学院 专业：电子信息工程班级： 学号：： 评分：教师： 20 12 年 3 月日
模拟电子技术 课程设计任务书 20 10 －20 11 学年 第 2 学期 第 1 周－ 3 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 题目 二阶低通滤波器的设计 容及要求 （1）分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计电路 （2）截止频率kHz 2f p = (3) 增益2A v = 进度安排 第1周：周一至周三查资料，完成原理图设计及仿真； 第1周：周四至第2周周二，完成系统的制作、调试； 第2周：周三设计结果检查。 学生： 指导时间 指导地点： 楼 室 任务下达 20 年 月 日 任务完成 20 年 月 日 考核方式 1.评阅 □ 2.答辩 □ 3.实际操作□ 4.其它 □ 指导教师 系（部）主任
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具有一定幅值和线性相移，而在阻带幅值应为零。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相应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性的速率越快，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。 该电路主要采用了uA741运放，并且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段，让信号无衰减的通过电路，而通带外的其他信号将受到很大的衰减，从而提高滤波效率。 关键词：低通滤波器集成运放uA741 RC网络
二阶RC无源低通滤波器仿真
二阶RC无源低通滤波器仿真 一、Multism仿真 （1）仿真电路图 （2）仿真结果 二、MATLAB仿真及实验数据 （1）实验数据 A、无源 频率 1 （kHz） 电压 （V） 频率 （kHz） 电压 （V） B、有源 频率 （kHz）
电压（V） 频率 （kHz） 电压（V） 频率 （kHz） 电压（V） 频率 （kHz） 电压（V） 频率 （kHz） 电压（V） 频率 （kHz） 电压（V） （2）仿真图形
三、附件： （MATLAB仿真程序） w=0::100000; b=[1]; a=[,,1]; H=freqs(b,a,w); figure plot(w,abs(H),'-r'); grid; xlabel('\omega'); ylabel('|H(j\omega|'); title('幅频特性') hold on H=[ ]; f=[1000 1300 1400 1600 1700 1800 1900 2100 2200 2300 2400 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3300 3400 3500 3600 3800 3900 4000]; w=2*pi*f; plot(w,abs(H),'-g'); hold on H=[ ]; f=[1000 1200 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600]; w=2*pi*f; plot(w,abs(H),'-b'); legend('仿真','无源','有源');title('相频特性')
课程设计--二阶低通滤波器电路设计及分析
成都理工大学核技术与自动化工程学院 电子技术课程设计 课题名称：二阶低通滤波器电路设计及分析 指导老师：蒋开明 姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 日期：2010年6月16日
二阶低通滤波器电路设计及分析 一、课题目的： 1、进一步掌握各种滤波电路的工作原理。 2、了解Multisim10的基本操作，并学会用Multisim10进行仿真设计。 3、学会对比并结合理论分析结果进行仿真软件分析。 4、锻炼实际动手能力，增强对课本知识的理解。 二、软件简介： 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。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim 10是IIT公司推出Multisim 20006年底又发布最新的版本。Multisim 10提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试
等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响。 工具栏菜单栏 元器件栏 仪器仪表栏 电路工作区 状态栏 图一Multisim基本界面 三、原理： 由于一阶低通滤波器的幅频特性下降速率只有-20 dB／10 f，与理想情况相差太大，其滤波效果不佳。为了加快下降速率，使其更接近理想状态，提高滤波效果，我们经常使用二阶RC有源滤波器。采取的改进措施是在一阶的基础上再增加一节RC网络。 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与Rf均为16 kΩ。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4 kΩ，C1，C2均为0.1μF。电路由一个幅度为1 mV，频率可调的交流电压源提供输入信号，用一个阻值为1 kΩ的电阻作为负载，如图二。
matlab仿真一阶低通滤波器幅频特性和相频特性
freqs 模拟滤波器的频率响应 语法： h = freqs(b,a,w) [h,w] = freqs(b,a) [h,w] = freqs(b,a,f) freqs(b,a) 描述： freqs返回一个模拟滤波器的H(jw)的复频域响应（拉普拉斯格式） 请给出分子b和分母a h = freqs(b, a, w) 根据系数向量计算返回模拟滤波器的复频域响应。freqs计算在复平面虚轴上的频率响应h，角频率w确定了输入的实向量，因此必须包含至少一个频率点。 [h, w] = freqs(b, a) 自动挑选200个频率点来计算频率响应h [h, w] = freqs(b, a, f) 挑选f个频率点来计算频率响应h 例子： 找到并画出下面传递函数的频率响应 Matlab代码： a = [1 0.4 1]; b = [0.2 0.3 1]; w = logspace(-1, 1);
logspace功能：生成从10的a次方到10的b次方之间按对数等分的n个元素的行向量。n如果省略，则默认值为50。 freqs(b, a, w); You can also create the plot with: h = freqs(b,a,w); mag = abs(h); phase = angle(h); subplot(2,1,1), loglog(w,mag) subplot(2,1,2), semilogx(w,phase) To convert to hertz, decibels, and degrees, use: f = w/(2*pi); mag = 20*log10(mag); phase = phase*180/pi; 算法： freqs evaluates the polynomials at each frequency point, then divides the numerator response by the denominator response: s = i*w; h = polyval(b,s)./polyval(a,s)
二阶有源滤波器参数计算
二阶有源滤波器设计 一．滤波器类型 按照在附近的频率特性，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。）
二．最常用的有源极点对电路拓扑 1.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。 2.Sallen-Key拓扑 下列情况时，使用效果更佳： 对增益精度要求较高； 采用了单位增益滤波器； 极点对Q值较低（如：Q<3）； （特例：某些高Q值高频率滤波器若采用MFB拓扑，则C1值须很小以得到合适的电阻值。而由于寄生电容干扰使得低容值将导致极大干 扰）。 （注意： MFB拓扑不能用于电流反馈型运放，而S-K拓扑电压、电流反馈型运放均可； 差分放大器只能采用MFB拓扑； S-K拓扑的运放输出阻抗随频率增加而增加，故通带外衰减能力受限，而MFB拓扑则无此问题。）
二阶有源低通滤波器
设计题题目 二阶有源低通滤波器 设计一个有源低通滤波器的截止频率为kHz f 10 。 方案论证 （1）：对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种 工作原理： 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。 有源二阶滤波器基础电路如图1所示： 图1 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，
输出阻抗低。 传输函数为： )()()(i o s V s V s A = 2F F ) ()-(31sCR sCR A A V V ++= 当f=0或者频率很小时，各电容可视为开路 F 0V A A ==1+（A vf\-1）R1/R1 称为通带增益 F 31V A Q -=称为等效品质因数 RC 1c = ω 称为特征角频率 则2c n 22c 0)(ωωω++= s Q s A s A 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注：当Q ＝0.707时的3dB 截止角频率，当30≥=VF A A 电路将自激振荡。 当jw s =代入 2220222)(c c c c c c VF w s Q w s w A w s Q w s w A s A ++=++= （式１１） 则 2220 )(])(1[1lg 20)(lg 20Q w w w w A jw A c c +-= （式１２） 2)(1)(arctan )(c c w Q w w w --=? （式１３）
-二阶有源低通滤波器设计-
一题目要求与方案论证 1.1 （设计题题目）二阶有源低通滤波器 1.1.1 题目要求 设计二阶有源低通滤波器。要求截止频率 f 0=1000比通带内电压放大倍数A o=15,品 质因数Q=0.707。分析电路工作原理，设计电路图，列出电路的传递函数，正确选择电路中的参数。 1.1.2 方案论证 （1）：对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声, 提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ① 无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ② 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。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF、 带通滤波器（BPF、带阻滤波器（BEF、 全通滤波器（APF、。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF而LPF与HPF 并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时米用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 工作原理： 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计米用压控电压源型设计课题。
一阶二阶无源所有滤波器正确设计
无源滤波器 1一阶RC 低通滤波器 频率响应 幅频特性：2 ) (11|)(|RC j H ωω+= ； 相频特性：)arctan( )(RC ωωφ-=； RC f c C ππτπω21 212=== ，C f 为截止频率。 1.1二阶RC 低通滤波器 采用1阶无源RC 滤波器觉得不够满意地方可以采用RC 滤波器简单地多级连接的方法。但需要较低的信号源阻抗和较高的负载阻抗。 可以求得 )(|)(|311 )(222ωθωωω∠=+-==j H RC j C R V V jw H i o 2 2 2 2 22 2 9)1(1 |)(|C R C R j H ωωω+-= 截止角频率τω3742 .06724.21= = RC c ，截止频率π ω=2f c C
2一阶RC 高通滤波电路 RC f c C ππτπω21212=== ，C f 为截止频率。 2.1二阶RC 高通滤波电路 RC RC C R R U U H ωωωωj 1j j 1)j (12 += + == τ RC ω1 1C ==
) 63(26724.2: 1 , ) 53(311 )(:00 2 0-= = --?? ? ??-= =RC f RC j U U j H c i o πωωωωωω截止频率其中传输函数 RC j U U j H i o 1, ) 93(31 )(:000= -? ?? ? ??--= =ωωωωωω其中传输函数 3二阶RC 带通滤波电路 在图（A ）无源带通滤波器中，R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C 时，分析可得 4二阶RC 带阻滤波电路 ) 123(3 arctan )(:) 113(23027 .0:)103(23027.3:0 0---=-=-=ω ωωωωθππ相频特性下限频率上限频率RC f RC f L H
二阶低通滤波器
课程设计说明书 课程设计题目：有源二阶低通滤波器 学院名称：信息工程学院专业：通信工程姓名：班级学号： 同组人：指导老师：黄丽贞 信息工程学院 2010 年3月13 日
课程设计任务书 I、课程设计题目： 有源二阶低通滤波器 II、课程设计技术要求及主要元器件： 〖基本要求〗：1) 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； 2)截止频率f c=2KHz； 3)增益A vp＝2 ； 〖主要参考元器〗：UA741CD芯片； III、电子专业课程设计工作内容及进度安排： 第一周查阅资料，确定方案，Multisim仿真 第二周设计制作，电路调试，撰写报告 Ⅳ、主要参考资料： ［1］童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006 [2] 谢自美.电子线路综合设计(第一版) [M].武汉：华中科技大学出版社，2006 [3] 沈小丰，余琼蓉.电子线路实验——模拟电路基础[M].北京：上清华大学出版 社，2005
摘要 在现代的电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。在我们日常生活中，几乎所有的电子部件都有使用滤波器，而且滤波器的优劣将直接决定电子产品的优劣。 鉴于滤波器与人们的生活息息相关，本文研究的对象正是一个二阶有源低通滤波器（巴特沃思响应）。该电路主要采用了uA741运放，并且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减地通过电路，而通带外的其他信号将受到很大的衰减；从而提高滤波效果。 本设计运用uA741和RC选频网络实现了信号频率在给定的范围内通过，也在一定程度上提高了滤波效果。 关键字：二阶、频率衰减、滤波
二阶压控压源型巴特沃斯低通滤波器设计
利用VCVS型二阶RC有源网络实现巴特沃斯型低通滤波器 的设计 一．二阶压控电压源低通滤波器的构成 下图所示就是压控压源二阶型滤波网络电路： 其传递函数为： 与一般低通滤波传输函数相比： 可得： 截至角频率： 增益因子：
选择性因子： 二阶低通滤波器归一化低通传输函数为: 去归一化低通传输函数为: 令： 得： R2应有实根 得：
二．各参数的设计 由于所需的滤波网络阶次为二阶 因为设计指标里通带截至频率规定： f p =100.1KHz,设运放的电压增益为2，而两 个电容的值最好相同，则令 C C C ==21，带入上式品质因 素公式中，可得： 因为品质因素在数值上等于截止频率时的滤波网络电压增益和通带电压增益只比，则 2 1=Q 则 R R R 2212== （1） 因为 2 121121 R R C C f p π = （2） 则由式（1）（2）可求得 R C 1 10125.16 -??= 由实际电子元器件标称值可以设定： 三．结果的验证 利用Multisim 对设计的电路进行仿真。首先搭建整个电路如下： 2 1R R Q =
其中XFG1是信号发生器，XBP1是波特仪，而XSC1是示波器。我们设计的时候所设定的截止频率是100.1K。所以先选择一个比较低的频率值，看其运放的放大倍数。所以先设定信号源频率为1K，仿真结果如下： 示波器示数： 从图中可以看出在低频段时：通道1的峰值为29.98mv，通道2的峰值为62.029mv，滤波网络的放大倍数可以算得A1=2.069。现在把信号源的频率调到预设截至频率，继续仿真，结果如下：
四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真
四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真 一. 电路工作原理 1. 电路用途 滤波器是一种能使有用信号频率通过，同时抑制无用频率成分的电路，广泛应用于电子、电气、通信、计算机等领域的信号处理电路中。滤波器的种类很多，本电路是一个四阶巴特沃兹型低通滤波器，其截止频率为1khz ，增益为2.6. 2. 电路图 R4四阶巴特沃兹低通滤波器 R2R3R1 3. 工作原理 高阶低通滤波器通常可由一阶，二阶低通滤波器组成，这样可以改善低通滤波器的频率特性，如要求低通滤波器的阻带特性下降速率大于|-40db/10oct| 时，则必须采用高阶低通滤波器。因此本电路中欲设计一个四阶巴特沃兹低通滤波器，可用两个二阶巴特沃兹低通滤波器构成。其具体设计步骤如下： 先设计四阶巴特沃兹低通滤波器的传递函数，用两个二阶巴特沃兹低通滤波器构成一个四阶巴特沃兹低通滤波器，其传递函数为 0102 422 12()*11 G G G s s s s s λλλλλξξ= ++++ （1） 为了简化计算，假设在所选择的二阶巴特沃兹低通滤波器中，其参数满足如下条件： 1212,C C C R R R ==== 由1 2c f RC π= ，选取C=0.1uf ，可算得R=1.6K Ω。 由表查得四阶巴特沃兹低通滤波器的两个阻尼系数分别为120.765, 1.848ξξ==，由此
可算得两个零频增益分别为 011022330.765 2.23533 1.848 1.152 G G ξξ=-=-==-=-= 则式（1）的传递函数可写为 ()422 2.235 1.152 *0.7651 1.8481 G s s s s s λλλλλ= ++++ （2） 可选用两个巴特沃兹低通滤波器级联组成。其中，第一级增益为 1011 1 2.2351 1.235f i R G R =+ ==+ 若选取 112.35f R K =Ω，则110i R K =Ω。 同理，第二级增益为： 2022 1 1.15210.152f i R G R =+ ==+ 若选取 215.2f R K =Ω，则2100i R K =Ω。 这样即可得到一个四阶巴特沃兹型低通滤波器。 二．仿真工具软件简介 ORCAD 简介：ORCAD 是由ORCAD 公司于八十年代末推出的EDA 软件，它是世界 上使用最广的EDA 软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA 软件而言，它的功能也是最强大的。Cadence 公司在1999年与ORCAD 公司合并后，更成为世界上更强大的开发EDA 软件的公司，它最新的产品工作于WINDOWS95与WINDOWSNT 环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。 ORCAD Capture 作为设计输入工具，它运行在PC 平台，用于FPGA 、PCB 和PSPICE 设计应用中。它是业界第一个真正基于Windows 环境的原理图输入程序。Capture 易于使用的功能和特点使其已经成为了原理图输入的工业标准。 PSPICE A/D ： PSPICE 是一个全功能的模拟与混合信号仿真器，它支持从高频系统到低功耗IC 设计的电路设计。PSPICE 的仿真工具已和 ORCAD Capture 及Concept HDL 电路编辑工具整合在一起，让工程师方便地在单一的环境里建立设计、控制模拟及得到结果。 三．仿真结果分析及讨论 仿真结果：
5.二阶无源低通滤波器
二阶低通滤波器设计 一：实验目的 .设计、焊接一个二阶低通滤波器，要求：截止频率为1KHz。二：实验原理 利用电容通高频阻低频的特性，使一定频率范围内的频率通过。从而设计电路，使得低频率的波通过滤波器。 三：实验步骤 1：设计电路，在仿真软件上进行仿真，在仿真电路图上使功能实现。2：先定电容，挑选合适的电阻，测量电阻的真实值，再到仿真电路替换掉原来的电阻值，不断挑选电阻，找到最逼近实验结果的值 3：根据仿真电路进行焊接，完成之后对电路进行功能检测，分别挑选频率为100hz，1khz，10khz的电源进行输入检测，观察输出的波形，并进行实验记录 四：实验电路 图1.1仿真电路设计
图1.2电路波特图 五：实验测量 我们用100hz，1khz，10khz三种不同正弦频率信号检测，其仿真与实测电路图如下： 图1.3 f=100Hz 时正弦信号仿真波形图
图1.4 f=100Hz 时正弦信号实测波形图 表1 f=100Hz 时实测结果与仿真数据对比表 分析：由图1.3的仿真波形与图1.4的实测电路波形和表1中的数据可知，输入频率为100Hz 的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有较小相位差和较小衰减。仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。 数据项目 输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差 仿真电路 169.706 167.869 0.0945 0.018π 实测电路 0.468 0.440 0.0536 0π
图1.5 f=1kHz 时正弦信号仿真波形图 图1.6 f=300Hz 时正弦信号实测波形图
表2 f=1kHz时实测结果与仿真数据对比表 数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差 仿真电路169.631 121.047 2.931 0.140π 实测电路0.480 0.328 3.307 0.120π 分析：由图1.5的仿真波形与图1.6的实测电路波形和表2中的数据可知，输入频率为1kHz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有一定的相位差和衰减。仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。 图1.7 f=10kHz 时正弦信号仿真波形图
二阶低通滤波器课程设计报告昌航版
二阶低通滤波器课程设计报告昌航版
课程设计说明书 课程设计名称：模拟电子技术课程设计课程设计题目：二阶低通滤波器的设计学院名称：信息工程学院 专业：电子信息工程班级： 学号：姓名： 评分：教师： 20 12 年 3 月日
模拟电子技术 课程设计任务书 20 10 －20 11 年 第 2 学期 第 1 周－ 3 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交题目 二阶低通滤波器的设计 内容及要求 （1）分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计电路 （2）截止频率kHz 2f p = (3) 增益2A v = 进度安排 第1周：周一至周三查资料，完成原理图设计及仿真； 第1周：周四至第2周周二，完成系统的制作、调试； 第2周：周三设计结果检查。 学生姓名： 指导时间 指导地点： 楼 室 任务下达 20 年 月 日 任务完成 20 年 月 日 考核方式 1.评阅 □ 2.答辩 □ 3.实际操作□ 4.其它 □ 指导教师 系（部）主任
院教务存档。 摘要 低通滤波器是一个经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具有一定幅值和线性相移，而在阻带内幅值应为零。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相应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性的速率越快，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。 该电路主要采用了uA741运放，而且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减的经过电路，而通带外的其它信号将受到很大的衰减，从而提高滤波效率。 关键词：低通滤波器集成运放uA741 RC网络
巴特沃斯二阶低通滤波器
MEMS 陀螺的带宽为30HZ ，从采样频率100HZ 的数据序列中消除掉30HZ 以上的噪声。巴特沃斯函数只是在ω=0处精确地逼近理想低通特性，在通带内随着ω增加，误差愈来愈大，在通带边界上误差最大，逼近特性并不很好，但是陀螺仪的有用输出信号本就在低频段，对通带边界的滤波要求不高，因此巴特沃斯滤波器就可以满足要求。要求巴特沃斯滤波器通带上限截止频率fc=30HZ ，阻带下限截止频率fs=80HZ ，通带最大衰减3max =A db ，阻带最小衰减为 15min =A db 。由式(1)-(4)可得巴特沃斯低通滤波器为二阶。 1110max 1.0≈-=A ε (1) 49.1995.0622.30lg 110110lg 110110lg 3.05.11.01.0max min =??? ??=???? ??--=? ?? ? ??--A A (2) 85.01.7lg 302802lg lg 2 ==??? ??????=??? ? ??ππc s w w (3) 75.185.049.1lg 110110lg lg max min 1.01.0==??? ? ?????? ??-->c s A A w w n (4) 用 30 2??πs 代替1 21)(2 ++= s s s H 中的s 得到去归一化后的滤波器传递函 数为式(5)所示。 6.35494 4.2666 .35494)(2++= s s s H (5) 采用的低通滤波电路如图2所示，滤波增益为1，此电路传递函数如式(6)所示，只需将巴特沃斯滤波器的传递函数与此传递函数的系数一一对应即可以整定出滤波电路的参数。
二阶有源低通滤波器
二阶有源低通滤波器 一、芯片介绍 UA741集成运放管脚图及作用 图1-1 UA741管脚图 UA741管脚图为图1-1，U运算放A741芯片是高增益大器，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。 在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器，用直流电压表测量输出电压Uo，细心调节调零电位器，使Uo为零（即失调电压为零）。如果一个运放如不能调零，大致有如下原因： （1）组件正常，接线有错误； （2）组件正常，但负反馈不够强，为此可将其短路，观察是否能调零。； （3）组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况； （4）组件正常，但电路有自激现象，应进行消振； （5）组件内部损坏，应更换好的集成块。 二、滤波器简介 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。 滤波器按照所处理的信号，可以分为：模拟滤波器和数字滤波器；按照信号的频段，可以分为：低通、高通、带通和带阻滤波器四种；按照所采用的原件，也可以分为：无源滤波器和有源滤波器。用来说明滤波器性能的技术指标主要有：中心频率f0，即工作频带的中心；带宽BW；通带衰减，即通带内的最大衰减阻带衰减等。 常用的低通有源滤波电路有三种，巴特沃思、切比雪夫和贝塞尔滤波电路。巴特沃思滤波电路的幅频响应在带通中具有最平幅度特性，但从通带到阻带衰减较缓慢。
二阶低通滤波器的设计说明
摘要 滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。二阶低通滤波器可用压控和无限增益多路反馈。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA仿真软件Multisim1O对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。 关键字：二阶低通滤波器，multisim仿真分析，电路设计 目录 第一章课程设计任务及要求 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计要求 (2) 第二章系统设计方案选择 (3) 2.1 总方案设计 (3) 2.2子框图的作用 (3) 2.3 方案选择 (4) 第三章系统组成及工作原理 (4) 3.1有源二阶压控滤波器 (5) 3.2无限增益多路反馈有源滤波器 (6) 第四章单元电路设计、参数计算、器件选择 (7) 4.1二阶压控低通滤波器设计及参数计算 (7) 4.2无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算 (8) 第五章电路组装及调试 (9) 5.1压控电压源二阶低通滤波电路 (9) 5.2无限增益多路负反馈二阶低通滤波器 (10) 第六章总结与体会................................... 错误!未定义书签。
一阶低通滤波原理
一阶低通滤波原理 Prepared on 22 November 2020
一阶低通滤波原理 将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表求，变可以采用软件算法来模拟硬件滤波的功能。 经推导，低通滤波算法如下：Yn=a*Xn+（1-a）*Yn-1，式中 Xn——本次采样值Yn-1——上次的滤波输出值； a——滤波系数，其值通常远小于1； Yn——本次滤波的输出值。 由上式可以看出，本次滤波的输出值主要取决于上次滤波的输出值（注意不是上次的采样值，这和加权平均滤波是有本质区别的），本次采样值对滤波输出的贡献是比较小的，但多少有些修正作用，这种算法便模拟了具体有教大惯性的低通滤波器功能。 滤波算法的截止频率可用以下式计算：fL=a/（2π*t），π约为圆周率，式中 a——滤波系数； t——采样间隔时间； 例如：当t=（即每秒2次），a=1/32时；fL=（1/32）/（2**）= 当目标参数为变化很慢的物理量时，这是很有效的。 另外一方面，它不能滤除高于1/2采样频率的干扰信号，本例中采样频率为2Hz，故对 1Hz以上的干搅信号应采用其他方式滤除，低通滤波算法程序于加权平均滤波相似，但加权系数只有两个：a和1-a。为计算方便，a取一整数，1-a用256-a，来代替，计算结果舍去最低字节即可，因为只有两项，a和1-a，均以立即数的形式编入程序中，不另外设表格。虽然采样值为单元字节（8位A/D）。为保证运算精度，滤波输出值用双字节表示，其中一个字节整数，一字节小数，否则有可能因为每次舍去尾数而使输出不会变化。 设Yn-1存放在30H（整数）和31H（小数）两单元中，Yn存放在32H（整数）和33H （小数）中。
简单二阶低通滤波器设计与仿真
二阶低通滤波器部分 1、设计任务 信号放大后，需要进行滤波，滤除干扰，温度信号是一个缓慢变化的信号，在此需要设计出一个截止频率为10Hz 左右的低通放大器。因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好，故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器，OP07运放特点：OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施，具有低温度漂移特性。另外，需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度，要求品质因数Q=0.707. 2、电路元件参数计算和电路设计： 根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计，如图3.1所示。 图3.1二阶低通滤波器的基础电路 该电路（1）、传输函数为：)()()(i o s V s V s A =2 F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= （2）、通带增益 ：F 0V A A = （3）、截止频率：RC f c π21=其中RC 1c =ω称为特征角频率 （4）品质因数：O A Q -= 31， Q 是f=fc 时放大倍数与通带内放大倍数之比 注： 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 由O A Q -=31=0.707得放大倍数586.1==O VF A A 一般来说，滤波器中电容容量要小于F μ，电阻器的阻值至少要Ωk 级。 由RC f c π21==10Hz,取C=0.5F μ，计算得R ≈31.8Ωk 又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称，可得：R R R A VF 2//)1(11=-
求得：Ω=k R 1.1721 电路仿真与分析： （1）采用EDA 仿真软件multisim 13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试，从而对电路进行优化。Multisim 仿真电路图如图3.2所示 图3.2二阶低通滤波器仿真电路图 （2）通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求： 设输入电压有效值为1V 当f=1Hz 时，输出如图3.3所示。 图3.3 由图可知，在通带内有增益585.1==VF O A A ,与理论值1.586相近 当Hz f f c 10==时，输出如图3.4所示。
二阶低通滤波器(课程设计).doc
实用标准文档 学号08700109 模拟电子技术基础 设计说明书 二阶低通滤波器 起止日期： 2010 年 12 月 24 日至 2010 年 12 月 31 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 电子与信息工程系 2011年1月2日
目录 第一章电路设计 (1) 1.1集成运算放大器. (1) 1.2二阶低通电路 (1) 1.3课设电路及计算. (3) 第二章所用元器件 (3) 2.1电阻. (3) 2.2电容. (3) 2.3集成运算放大器LM741 (4) 第三章仿真情况 (5) 第四章课设总结 (7) 4.1心得体会. (7) 4.2个人答辩问题 (7) 参考文献 (8)
第一章电路设计 1.1集成运算放大器 图 1 是集成运放的符号图， 1、 2 端是信号输入端， 3、 4 是工作电压端， 5 是输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大器的输入级通常由差分 放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出端。图中标有“+”号的是同相输入端，标有“—”号的是反相输入端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反 之则反相。当集成运放工作在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是： U p U n U o （ 1）A od 式中 A od是运放器的放大倍数，A od是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差 分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。 理想运算放大器的两个重要指标为： （1）差模输入阻抗为∞； （2）开环差模电压增益 Aod 为∞。 根据这两项指标可知，当理想运算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为∞，因此在其两个输入端均没有电流，即在图 1 中I1I 20，如同两点被断开一样，这种现象称 为“虚断”。 又因为 A od，根据输入和输出端的关系：U p U n U o，所以认为运放的同相A od 输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。这种现象成为“虚短”。 “虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分析许多运 放电路的出发点。当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不复存在。 图 1 集成运算放大器 1.2二阶低通电路 二阶滤波器基础电路如图 2 所示：
一阶巴特沃斯低通滤波器电路图
一阶巴特沃斯低通滤波器电路图 图1. 一阶巴特沃斯低通滤波器电路图 图1是一由运放741或351组成的一阶有源巴特沃斯低通滤波器电路图。截止频率fc = 1/{2π(RC),增益Gp = 1 + (RF/R1). The circuit shown in Figure 1 is a first-order Butterworth low-pass filter. A low-pass filter is a circuit that blocks signals with frequencies greater than a cut-off frequency fc. The circuit in Figure 1 uses an op-amp configured as a non-inverting amplifier, with an RC circuit at the non-inverting input to do the filtering of the high-frequency signals. The cut-off frequency fc of this circuit is determined by R and C, i.e., fc = 1/{2π(RC)}. The pass-band gain Gp of this filter is given by: Gp = 1 + (RF/R1). Thus, if the frequency f of the input s ignal is lower than fc, Vo ≈ Gp x Vin. If f = fc, Vo ≈ 0.707 Gp x Vin. If f > fc, Vo < Gp x Vin. 图2. 二阶巴特沃斯低通滤波器电路图 图2是一由运放741或351组成的二阶有源巴特沃斯低通滤波器电路图。截止频率fc = 1/{2π x sqrt(R2R3C2C3)},增益V o/Vin = (1+RF/R1). As the frequency of the input signal goes higher than fc, the gain of the first-order Butterworth