实验报告2基于负反馈结构的低通滤波器器的设计.doc

《现代电路理论与设计》课程实验报告实验名称： 基于负反馈结构的低通滤波器的设计 实验日期： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 评 分： 一、实验目的：1.通过实验学习 Pspice 的基本应用2.了解 Sallen-Key 低通滤波器的原理，并成功仿真，得到较好波形3.掌握一定的分析结果能力二、实验内容：(1)要求设计一个 ω p=104rad/s,Q=100 的基于负反馈网络的低通滤波器2)基于负反馈网络的低通滤波器的设计原理基于负反馈结构的双二次型有源 RC 低通滤波器是由一个 RC 网络和一个运算放大器组成无源 RC 网络是一个四端网络，它的 1 端接运算放大器的反相输入端，2 端接输入信号 Vi，3 端接运算放大器的输出端，4 端为公共接地点端反馈网络结构和无源 RC 网络如图 1（a） 、 （b ）所示：实际上它是一种多路反馈低通滤波器，从运算放大器的输出端到反相输入端有两个反馈通路由于电路为负反馈结构不会出现震荡或不稳定现象。

基于负反馈结构的低通滤波器的原理图，如下图所示：+Vo+Vi -+ARCV-V+1 2 3图 1（a）负反馈网络 （b）RC 网络-+∞ +Vo+ViR1 R3 C2C1R21 2下面推导该电路的传递函数，如下：列写电路节点 1、2 的方程：整理得：故电路的传递函数为将上式与标准的二阶低通函数比较，可求得：（式 1）下面进行灵敏度的计算根据灵敏度的计算公式 ，求得 ω p 和 Q 的灵敏度为：yxS（式 2）图 2 基于负反馈结构的低通滤波器01)1( 01)02323 23212 ooiVsCRs VRVooiVCsRVsCR231213130)( 13222312()oisRCR231223310()|pQRCH231211232313213110PPPPWWRCQRSRSC12QCS三、实验过程：1．理论计算：（1）根据（式 1）取 R2=R3=R, C1=C2=C并选取 C＝1nF 2）根据给定的 Wp, 求出 R 则有：（3）根据给定的 Q, 求出 R1; （4）求增益=1201RHK2、用 Pspice 进行仿真（1）首先将原理图在新建的仿真文件中画好。

2）按照上述计 算得出的42310pCkR05944231211132()()CQRRCk图 3数值对元件进行设置参数观看幅频特性如图：其中，R 1=R2=R3=100k，C 1=C2=1n图 4（3）根据求出的灵敏度，对元件的参数进行调整进而调整幅频特性的波形1、使得低通滤波器出现尖峰，即 Q 值增大方法、根据 Q 的灵敏度以及 Q 的导出式，可见 C1 和 C2 对 Q 的值有直接的影响利用全局变量调整1）保持 R1=R2=R3=100k，C 1=1n对 C2 设置全局变量C2 Start：0.01nEnd：1nIncrement：0.2 仿真结果如图：图 5从右至左，依次是 C2 从 0.01n 到 1n 变化的波形，显然，当 C2 取 0.01n 时，Q 值最大，效果最好，也同时验证了灵敏度，C 2 减小，Q 值增大2）保持 R1=R2=R3=100k，C 2 =0.01n 不变，将 C1 设置成全局变量C1 Start：1nEnd：100nIncrement：20n仿真结果如下图：图 6从右至左，依次是 C1 从 1n 到 100n 变化的波形，从波形可以看出，随着 C1 增大，Q值增大，但不是太明显，由于 中心频率 fc=1.5848k，经计算得 很2PcWf 952./PWrads接近要求设计的值，所以，C 1 选取 100n 时效果最好，最符合要求。

2、对增益 H0、带宽，中心频率和截止频率的调整方法 1、调整电阻 R1 的值，来改变增益因为 ，保证电阻 R2 不变的情况下，改变201|HR1 也就是比值，来改变增益如图 7 所示R2=R3=100k，C 2 = 0.01n，C 1=100n，设置 R1 为全局变量R1 Start：10kEnd：100kIncrement：20k图 7从上图可以看出，中心频率不变，改变比值仅改变增益从上至下，依次是 10k 到100k 的变化，选取增益为 1 的情形，故选取最下边的那条波形此时，电阻 R1 取 90k 左右方法 2、改变 R2 就会改变 R1 和 R2 的比值即增益就会跟着变化，故只需调整 R3，来调整中心频率如下图所示R1=R2=90k，C 2 = 0.01n，C 1=100n，设置 R3 为全局变量R3Start：10kEnd：100kIncrement：20k图 8从上图可以看出，从右至左，依次是从 10k 到 100k 的变化，改变 R3 的值就会改变中心频率的值，因为已知条件为 Wp=104rad/S， ，经计算，当 f=1.5849k 时， 达到预2PfPW期目标，此刻电阻 R3 选取为 90k，也即是最左边的那条波形。

3、计算滚降以及观察相频特性根据最好效果的图形计算滚降，即电阻 R1=R2= R3=90k，C 2=0.01n，C 1=100n 时的幅频特性和相频特性，如下图：图 9观察其截至频率：从图 10 中可以看到其在-3dB 时的截至频率大约为2.5203KHz 图 10在幅频特性曲线图的高频部分取两个点，如下图：图 11 图 12求其滚降为：31.30(2.981)2log2.617(50四、实验结果分析：1、根据理论计算来指导实践，即根据推导出的表达式和灵敏度的计算公式来调整相应的参数来改变 Q 值或中心、截止频率等参数23121123122313213110PPPPWWRCQRQCSSRSCS结果分析：实验得出的数据，在误差允许范围内满足设计一个 Wp=104rad/S, 的13Q负反馈低通滤波器的要求根据灵敏度来调整参数的变化趋势，更加便捷的达到要求结论：1、通过增大 C1 和减小 C2 来增大 Q 值，使得波形出现尖峰，达到要求2、通过改变 R1 和 R2 的比值来改变增益。

3、通过改变 R3 来调整中心频率2、验证了灵敏度的正确性当灵敏度为负值时，某一指标参数随着相应的元件变化而进行相反的变化当灵敏度为正值时，指标参数的变化随着相应的元件的变化而变化，尤其当灵敏度为 1 时，元件变化 1%将引起电路性能参数的变化 1%231223310()|pRCH。