低通滤波器实验报告

1.概述

低通滤波器ＬＰＦ是滤除噪声用得最多的滤波器。由于高阶有源低通滤波器的每个滤波节皆由二阶滤波器和一阶滤波器组成。我们设计一个巴特沃兹二阶有源低通滤波器。并使用电子电路仿真软件进行性能仿真。

（2）巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：

. . . . . . （1）

其中Auo为通带内的电压放大倍数，wC为截止角频率，n称为滤波器的阶。从（1）式中可知，当w=0时，（1）式有最大值1；w=wC时，（1）式等于0.707，即Au衰减了 3dB；n取得越大，随着w的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。当 w＞＞wC时，

. . . . . . （2）

两边取对数，得：

. . . . . . （3）

此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为计算公式。

2.工作原理图

图2-1低通滤波器原理图

2-2低通滤波器原理图

工作原理：（1）滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠，如果重叠不严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。

任何复杂地滤波网络，可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。

有源滤波器地设计，主要包括确定传递函数，选择电路结构，选择有源器件与计算无源元件参数四个过程。

巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。

一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。

巴特沃斯低通滤波器与理想滤波器比较。简单来说，理想低通滤波器的滤波效果是无失真的，其通频特性可以看做一个矩形，滤波不会发生混叠（实际的滤波器是不可能有理想的截止特性，总会在截止频率fc之后总有一定的过滤带）。巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，类同于切比雪夫滤波器，它有高通，低通，带通，高通，带阻等多种滤波器。它在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带，在过渡带上很容易造成失真。

切比雪夫滤波器则相反，过渡带很窄，但内部的幅频特性却很不稳定。其他种类的滤波器一般都是折中设计的。

3.计算过程

（1）选择电容的容量和电阻的阻值

电容C的容量宜在微法数量级以下，电阻R的阻值一般应在几百千欧以下，为使两级二阶低通滤波器电路具有相同的截止频率故选择

C1=C2=0.2

查教材表2-1巴特沃斯低通，高通滤波电路阶数n与增益G的关系得

考虑到应使同相输入端和反相输入端的直流偏置电流相等，故有

(1)

(2)

解得： , K

（2）选择图形

（3）画出仿真波形图

4.结果与分析

本实验采用一种方法来设计有源二阶低通旅欧器。将其接地的电容C2端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶低通滤波

电路，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》fo时，(f0为截止频率)，电路每级电路的相移于-90度，两级RC电路的移想到-180度，电路的输出电压与电压的相位相反，故此时通过电容C引导集成运放动向端的反馈是负反馈，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段迅速哀减，只允许低通端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。

5. 体会：

学习了三个星期的二阶低通滤波器，我学会了很多东西，培养了动手能了也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只要理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结和起来，从理论中得出结论。从而提高自己的动手能力和独立思考能力。在设计的过程中遇到问题，可以说的是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握的不够牢固。

第二篇：低通滤波器实验报告 (2)2

二阶低通滤波器的设计实验报告

指导老师： xxx

学院： xxx学院

专业：电子信息工程

班级：电信 11

组别：xxx小组（ xxx xxx xxx ）

二阶低通滤波器的设计

学院：物电学院

班级：电子11

学号：

姓名：

指导教师：

20##年 12 月 10日

一、实验目的和要求

实验目的：

1、学习RC有源滤波器的设计方法；

2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；

3、设计二阶RC有源滤波器(低通)

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。

实验要求：

1、设计二阶有源低通滤波器电路，计算电路元件参数，

2、性能指标 fz=2kHz

3、增益 Av=2

二、电路原理及设计方案

1、实验原理

滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频率，即抑制无用信号的电子装置。有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。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内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。但实际滤波器不能达到理想要求。

2设计方案：方案框图

框图的作用

RC网络的作用

在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要有电阻和电容组成。

放大器的作用

电路中运用了同相运放，其闭环增益， Aup=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级

反馈电路的作用

将输入量的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响输入量。

压控电压源低通滤波原理电路

如上图就是二阶压控低通滤波器的原理图,电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈，当信号频率趋于0时，由于C1的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱，当信号频率趋于无穷大时，由于C2的电抗为0，因而Up(s)趋于0，可以想象，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0 时使电压放大倍数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激震荡，因为同向输入端电位控制由集成运放和R1,R2 组成，故称为压控电压源滤波电路。

优点；该电路具有元件少，增益稳定，频率范围宽等优点，电路中C1 C2 R1 R2 构成反馈网络，运算放大器接成电压跟随器形式,带负载能力强。

缺点：在指定的频率下，Q值受制于材料的限制，