描述

由阻容元件和运算放大器组成的滤波器称为阻容有源滤波器。其作用是通过一定频率范围内的信号，抑制或急剧衰减该频率范围外的信号。可用于信息处理、数据传输、干扰抑制等，但由于运算放大器频带的限制，该类滤波器主要用于低频范围。

有源滤波器含义

根据频率范围的选择，可分为低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）和带阻（BEF）四种滤波器。它们的幅频特性。

滤波器很难实现理想的幅频特性，只能靠实际的幅频特性来接近理想。一般来说一阶rc高通滤波器设计，滤波器的幅频特性越好，相频特性越差，反之亦然。滤波器阶数越高，幅频特性衰减速度越快，但RC网络中的节点越多，元器件参数计算越繁琐，电路调试难度越大。任何更高阶的滤波器都可以使用较低二阶的 RC 有源滤波器级联来实现。

一、设计目的

1、学习RC有源滤波器的设计方法；

2、从滤波器设计指标计算出电路元件参数；

3、设计二阶RC有源滤波器（低通、高通、带通）；

4、掌握有源滤波器的测试方法；

5、测量有源滤波器的幅频特性

二、设计原则及指标

有源滤波电路是指在滤波电路中除使用R、C等元件外，还采用集成运放等有源滤波电路。滤波电路的作用是选择有用频率的信号，使一定频率范围内的信号顺利通过，衰减很小，而这个频率范围外的信号衰减很大。通常所说，能通过的频率范围称为通带，不能通过的频率称为块。通带和阻带的极限频率称为截止频率。

(1)低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH=；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/；

(2)高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL=100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/；

(3)带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/。

三、设计要求

(1)分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和程序；

(2)在面包板或万能板上安装电路，测量并调整静态工作点；(3)测量技术指标参数。

4、参数确定

4.1 二阶低通滤波器参数的确定

常用的有源二阶低通滤波电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈的有源二阶低通滤波电路，另一种是压控电压源（VCVS ) 有源二阶低通滤波电路。低通滤波电路。本文主要介绍压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器。具体电路如图1所示，信号从运算放大器的同相端输入，

因此，滤波器的输入阻抗很大，而输出阻抗很小。运算放大器A、R1、Rf组成一个压控电压源，故称压控电压源LPF。优点是电路性能比较稳定，图4所示压控电压源的有源二阶低通滤波器的增益易于调节。

该滤波器的传递函数为：

，c?的值可以改变，但对Q和Auo的值没有影响。为了避免幅频特性出现尖峰，Q通常取0.7。

图4中电路的复频特性为：

4.2 二阶高通滤波器参数的确定

高通滤波器是用来传输高频信号，抑制或衰减低频信号的电路。滤波器的阶数越高，幅频特性越接近理想的高通特性。

常用的有源二阶高通滤波电路有两种形式：

一种是无限增益多路负反馈有源二阶高通滤波电路；另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波电路。

下面主要介绍压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器。具体电路如图6所示。

该电路的传递函数为：

图6电路的复频特性为：

4.3 工作原理

滤波电路是一种可以通过杨浦的频率，同时抑制不需要的成分的电路。滤波电路的种类很多，有源滤波器可由集成运算放大器、电容和电阻组成。有源滤波器不需要电感，体积小，重量轻，具有一定的放大能力和带载能力。由于集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频应用。有源滤波器具有低通、高通、带通和阻带电路。低通滤波电路是指低频信号可以通过而高频信号不能通过的电路，而高频滤波电路与低频滤波电路相反。通过电路。

5、电路图设计

EWB软件介绍

EWB全称（ ），提供仿真实验和电路分析两种仿真方法，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和一些强电电路的仿真、分析和设计.

EWB 是一款优秀且易于学习的 WDA（电子设计自动化）软件。与其他仿真分析软件相比，EWB最显着的特点是它提供了一个易于操作、接近现实的虚拟实验平台。他可以对《电子技术》课程中几乎所有的基础电路进行虚拟实验。虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际更方便、更省时。他还能够执行身体上不可能或不方便的任务

测试内容可以通过存储和打印的方式准确记录。提供十多种电路分析功能，可以模拟电路的实际工作状态和性能。

EWB的应用便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习更加有趣和轻松。

5.1 二阶低通滤波器电路图

仿真后幅频特性曲线为

5.2 二阶高通滤波器电路图

仿真后幅频特性曲线为

5.3 二阶带通滤波器电路图

6 电路的安装

使用电烙铁将购买的原装设备安装到通用版上。通用版如右图3.10所示。

7 调试与测试

实践表明，即使按照设计的电路参数安装电子设备，也往往难以达到预期的效果。这是因为人们在设计时不可能充分考虑到各种复杂的客观问题，需要在安装后通过试验和调整来发现和改正设计方案的不足。然后采取措施进行改进，使装置达到预定的技术指标。因此，对于从事电子技术及相关领域工作的人来说，不应该缺乏调整电子电路的技能。调试常用的仪器有：万用表、示波器、信号发生器。

7.1 调试前检查

电子元件安装好后，通常不宜急于通电。要养成这个习惯，首先要仔细检查

查看。其检查内容包括：

检查连接是否正确

通常有两种检查方法：

根据电路图检查已安装的接线。这种方法的特点是按电路图接好线，并按一定的顺序装线，这样更容易找出哪里有错误。

根据实际电路对照原理图检查接线。这是一种检查以元件为中心的导线的方法。一次检查每个元件管脚的连接，检查电路图上是否存在每个地方。这种方法不仅可以检查错行和漏行，还可以轻松找出多行。

741芯片管脚如图

为防止出错，通常应在电路图上标出已检查过的线路。最好用指针万用表“欧姆1”挡或数字万用表“欧姆挡”挡的蜂鸣器测量，直接测量即可。器件引脚，以便同时发现接触不良。

检查组件的安装

检查元器件管脚之间是否短路或接触不良，特别是电源和地管脚，发光二极管“+”、“-”不得接反。

7.2 调试方法及原则

(1) 开机观察

将精确测量的电源连接到电路。观察是否有异常现象，包括元器件是否发热，甚至冒烟、有异味，电源是否短路等；

(2)静态调试

交流和直流共存是电子电路运行的重要组成部分。一般来说，直流为交流服务，直流是电路工作的基础。因此，电子电路的调试可分为静态调试和动态调试。静态调试过程：例如通过静态测试模拟电路的静态工作点、数字电路的高低电平值和逻辑关系以及各个输入端和输出端等，可以找出损坏的元器件及时发现，可以判断电路的工作状况，并及时调整电路参数，使电路的工作状态满足设计要求。

(3)动态调试

调试方法是在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号，顺着信号流向检测各相关点的波形、参数和性能指标。如果发现故障，应采用各种方法排除。通过调试，最终检查各功能块及整机各项指标是否满足设计要求，必要时对电路参数进一步提出合理修正。

7.2 调试注意事项

我们在调试时，为了保证效果，必须尽量减少测量误差，提高测量精度。调试结果的正确与否，很大程度上取决于测量的正确性和准确性。为此一阶rc高通滤波器设计，应注意以下几点：

正确使用测量仪器的接地端子。

要正确选择测量点，使用同一台测量仪器进行测量，测量点不同，仪器内阻引起的误差也会不同。

在调试过程中，不仅要仔细观察测量，还要做好记录。记录的内容包括实验条件、观察到的现象、测量数据、波形和相位关系等。只有拥有大量可靠的实验记录，并与理论结果进行比较，才能发现电路设计中的问题，改进设计方案。

如果在调试过程中出现故障，要仔细查找故障原因，切不可拆线重装，以防出现故障不能解决的问题。因为重装的线路可能还是会出现各种问题。我们应该仔细检查。