方案一：VCVS壓控電壓源型二階低通濾波電路
該方案具有輸出阻抗低原件差值范圍小，放大能力較高等優(yōu)點(diǎn)，此外，該電路易于調(diào)整，其增益值可用電位器微調(diào)R3和R4而得到。
方案二：無限增益多路反饋二階低通濾波電路
該方案由反向端輸入，失真較小，元件靈敏度要求較低。
二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路 , 也是高階濾波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設(shè)計(jì)采用壓控電壓源型設(shè)計(jì)課題。
有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如下圖所示
二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路
它由兩節(jié) RC 濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率 f ＞＞f0 時(shí)（f0為截止頻率），電路的每級(jí)RC 電路的相移趨于-90 o，兩級(jí)RC 電路的移相到-180 o，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反， 故此時(shí)通過電容 c 引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減， 只允許低頻端信號(hào)通過。 其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。
傳輸函數(shù)為：
為通帶增益
為等效品質(zhì)因數(shù)
為特征角頻率
上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式
注： 當(dāng) 3 -AVF＞0，即 AVF＜3時(shí) 濾波電路才能穩(wěn)定工作。
產(chǎn)品型號(hào)：LM741
概述與特點(diǎn)：LM741是一種應(yīng)用非常廣泛的通用型運(yùn)算放大器。由于采用了有源負(fù)載，所以只要兩級(jí)放大就可以達(dá)到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內(nèi)部補(bǔ)償，電路比較簡(jiǎn)單不易自激，工作點(diǎn)穩(wěn)定，使用方便，而且設(shè)計(jì)了完善的保護(hù)電路，不易損壞。LM741可應(yīng)用于各種數(shù)字儀表及工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備中。
(1)不需要處部頻率補(bǔ)償
(2)輸入有過壓保護(hù)
(3)輸出有過載保護(hù)
(4)無阻塞和振蕩現(xiàn)象
LM741是一款8引腳DIP芯片，這意味著它有8個(gè)引腳，它們都具有不同的功能。
下面是LM741運(yùn)算放大器芯片的引腳圖：
LM741引腳功能說明
工作原理當(dāng)非反相輸入(+)的電壓高于反相輸入( - )的電壓時(shí)，比較器的輸出為高電平。如果反相輸入( - )的電壓高于非反相端(+)，則輸出為低電平。
仿真
2.1 二階有源低通濾波器 元件選取與搭建
我們的設(shè)計(jì)題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率 f0=100HZ；，品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。由=0.707 可以求得 
=1.586，設(shè)計(jì)仿真電路如下圖所示
為便選取R1 =R2=R，C1=C2=C，則通帶截止頻率為f0=fn=100HZ，可首先選定電容C=1nF，由R=1/(2*PI*fc)計(jì)算得R=1.59 kΩ，選R=1.6kΩ。 等效品質(zhì)因數(shù)Q=0.707，故Au=1.59，即1+R4/R3 =1.59，則R4=0.59R3 。為使集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，應(yīng)使R3//R4=2R=32 kΩ，則R3=9kΩ，R4=5 kΩ。
2.2 結(jié)果與分析
60Hz 80Hz當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為60Hz或者,80Hz時(shí),輸出波形與輸入波形基本一致。
100Hz
100Hz時(shí)兩波形最為接近。
500Hz 1000Hz
當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于截止頻率時(shí)，選取 500Hz和1kHz ，500Hz時(shí)輸出信號(hào)較輸入信號(hào)已有明顯的衰減。 很明顯，1kHz基本上已經(jīng)沒有輸出了。
f(Hz) | Ui(V) | Uo（V） | A |
50 | 9.85 | 10.93 | 1.11 |
60 | 9.85 | 10.91 | 1.11 |
70 | 9.95 | 10.88 | 1.11 |
80 | 9.92 | 10.84 | 1.09 |
90 | 9.85 | 10.58 | 1.07 |
100 | 9.84 | 10.43 | 1.05 |
110 | 9.91 | 9.33 | 0.94 |
120 | 9.72 | 8.35 | 0.86 |
500 | 9.96 | 0.57 | 0.05 |
1000 | 9.99 | 0.14 | 0.01 |
分析上圖知電路下降3.27dB左右，截止頻率在100HZ ，與題目要求稍微有點(diǎn)偏差， 這是由于電阻和電容的設(shè)置存在偏差及兼顧通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)引起的，在誤差允許的范圍之內(nèi)。綜上所分析得知我組所設(shè)計(jì)的 二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求， 是正確的。
2.3元件清單
Multisim仿真工程下載:
模電.zip
(772.85 KB, 下載次數(shù): 107)
模電設(shè)計(jì).pdf
(1.29 MB, 下載次數(shù): 74)
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