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四阶低通滤波器设计
摘要：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算系统，其中则是针对于连续的模拟信
号。低通滤波器是模拟滤波器的一种，其通频带是从零延伸到某一上限的频率，而设计滤波器的方法根据要求的不同主要有巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝塞尔逼近。本电路是巴特沃斯逼近通带增益为4，截止频率01f kHz
=的四阶
低通滤波器。
关键词：巴特沃斯逼近，四阶低通滤波器，加法器，op7，压控电压源
一、原理与总体方案
1.1原理
常见的高阶滤波器的设计常常是由一阶和二阶的低通滤波器串联得来，此次设计的四阶低通滤波器，则是由两个二阶低通滤波器串联得来。而滤波器的设计由于对相频和幅频的要求不同主要有三种设计方式巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝塞尔逼近。这次的设计选择了保持幅频特性单调变化的前提下，通带内特性最为平坦的巴特沃斯逼近。 其幅频特性为
公式1
其中n 为网络阶数，c w 为转折频率。n 阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数可由下式确定：
式中 公式2
本电路图为一个增益为四的四阶低通滤波器，则由上式可知有两个增益为二阶的低通滤波器串联构成。为了更为明确地看到低通滤波的效果，现在四阶低通滤波器的前面加一个加法器的输入。
n
c p K A 2)/(1)(ωωω+=
=
)(s
H 2N
sin 22
2
2
1
=++∏
=n s s K c
k c c N
k p ω
θωω1
2N sin 22
22
1
+=+++∏
=n s s s K c k c c N
k c
c p ωθωωωω)2/()12(n k k πθ-=
1.2总体方案
1.2.1加法器的设计
加法电路是信号运算电路中的基本电路，按照相位关系可以分为同向加法电路和反向加法电路，本电路图由于方便看相位的原因，选择同向加法电路。
有计算可得K R R R R 10321==== k R f 20=则可以得到210i i u u u +=
1.2.2四阶低通滤波器的设计
由公式1、2可得的用巴特沃斯逼近法设计电路的幅频特性及传递函数
()2
2
222283sin 22*8sin 22c
c c
c c c w s w s w w s w s w s H ++++=ππ计算可得 两级的二阶滤波的阻尼一个环节具有较小的阻尼1α=0.765，另一个环节具有较大的阻尼2α=1.848采用压控电压源型低通滤波电路则可先根据二阶有源滤波器设计电容选择用表查得所用的电容uF C C C C 01.04321====再根据：
R
R K K f p 0
1+
== 2
12101C C R R w =
N
P v v =R
v R v v R v v 0
P
3P I22P I1-=-+-R
v R v v R v v 0P 3P I22P I1-=-+-f
11
O
R R R v +=N P v v =
2
221101111C R K R R C w f
-+???? ??+=
α
求得两级电路的电阻大小
Ω
=k R 804.203 Ω=k R 175.124 Ω
=k R 612.87
Ω=k R 411.298 Ω
====k R R R R 105261
二、仿真设计
2.1 仿真电路图
如图1.所示按照总体方案中1.2.1、1.2.2中计算出来的参数，和电路图形，选择运放OP07和相应个数的电阻和电容，按照计算值更改相应的参数大小。找出信号发生器和示波器按照信号的输入输出接线。调整信号发生器、示波器、波特图示仪已达到相应的输出结果。
∞ + - + N R 0
R
u o (t )
u i (t )
C 1
C 2
R 2 R 1
图1 仿真电路图
2.2仿真幅值谱
调节输入输出的大小，和衰减的大小，得到如图二的通频带内的仿真幅值图，由图可以看到巴特沃斯逼近的基本原则是在保持幅频特性单调变化的前提下，通带内特性最为平坦。在通频带内为12.044dB，调整到衰减3dB的地方，得到其截止频率为
1KHz，如图三所示。
图2 仿真幅值谱，通频带内
图3 仿真幅值谱，截止频率
2.3仿真相位谱
如图四所示为仿真相位谱，可以看出由巴特沃斯逼近设计出来的电路图的相频特性不是最好的，存在一定的失真和过冲的情况。
图4 仿真相位谱
2.4 图五所示为四阶低通滤波器的输入输出波形图，输入加法器的信号是有一个高频信号和一个低频信号相加得到，图五中的通道A则是输入加法器中的低频信号。由于信号通过了四阶低通滤波器，所以滤除了高频的信号只剩下低频信号并且进行四倍放大图五中的通道B则是输出信号。由仿真仪器显示可得输入信号的幅值为998.969mV输出信号的幅值为4.001V。由此可得放大倍数为四倍，但是由图可知，输入输出信号存在一定量的相位差，但由于期间的原因相位差不可以避免。
图5 仿真波形
三、硬件设计
3.1 电路板的设计制作
如图六所示为电路板的实物图，由于在实物器件中不能找到与计算值完全相同的
电阻。所以制作出来的电路图不能像仿真那样的标准结果，所以制作电路板时需要队电阻的大小进行调整，已达到最为接近的结果。由实物调整最终电阻的大小为
3
R 由两
个10k Ω的电阻串联和两个2k Ω的电阻并联后在串联，4R 由一个10k Ω的电阻和一个2k Ω的电阻串联，
7
R 由一个的大小为10k Ω的电位器代替，
8
R 则由两个10k Ω和
两个 4.7k Ω四个电阻串联得来。
Ω
====k R R R R 105261保持与仿真相同大小。在
测试的过程中调节电阻和电容的大小使得其达到所需的效果
图六电路板实物照片
3.2 示波器调试
图七示波器调试波形图（通频带内）
图八示波器调试波形图（衰减3B）
由图可以得到，放大倍数为四倍，截止频率为1KHz，同向，具有一定的相位差
四、调试
4.1设计中遇到的问题
没有合适的电阻大小与计算出来的电阻相匹配，采取的解决方式是根据所有电阻和所需电阻的大小，使用串联和并联以及电位器的接入使得其中的误差最小；放大倍数过大（过小），解决方法是调整电路中的电阻阻值大小，使输出达到要求的四倍增益；截止频率过大（过小），解决方法是调整电路中电容的容值大小，过大串联，过小并联，是电路的截止频率在1KHz。
4.2调试中遇到的问题
调试中的输出波形失真，解决办法是调小输入的幅值大小，使幅值不超过1V，调试中无输出波形，则是输入频率过高，高于1KHz的截止频率，调整输入信号的两个频率，调为其中一个频率大于截止频率一个频率小于截止频率。
五、测试与分析
测试所得增益为4，截止频率01
f kHz
。增益
p
K=4，是由两阶增益为二的二阶低通滤波放大得来，输入的幅值为1V，输出的幅值为4V，刚好四倍。截止频率是在输出初值不变的情况下调整输入频率而输入幅值不变的情况下，调得输出幅值为原幅值的0.707倍，也就是衰减3dB后频率为1KHz。
六、结束语
本电路是测控中最为基本的电路，设计方法也是最为基础的。通过这次设计，把原来局限于书本上的单一计算设计与实验时的单一测量过结果联系起来，让基础的计算到设计初步电路到仿真修改再到电路的实物制作，最后的硬件调试及测量几个过程连贯起来。进一步熟悉了巴特沃斯逼近的设计方法，仿真软件Multisim的使用及仿真调试，电路板的制作中的一些接线、节点、焊接问题的解决，实物调试时示波器的使用以及出现的各种问题的处理。更加深刻且深入的了解认识高阶低通滤波器的设计流程及其功能特性。
参考文献：
[1]张国雄主编.测控电路.北京：机械工业出版社，2008.1（2010.9重印）。
[2]江晓安、杨有瑾、陈生潭主编.计算机电子电路技术——电路与模拟电路部分.西安：西安电子
科技大学出版社，1999.12。
经典 无源低通滤波器的设计
团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 目录 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3) 1.1 理论分析 (3) 1.2 电路组成 (4) 1.3 一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5) 1.3.1 正弦信号源仿真与实测 (5) 1.3.2 三角信号源仿真与实测 (10) 1.3.3 方波信号源仿真与实测 (15) 第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21) 2.1理论分析 (21) 2.2 电路组成 (22) 2.3 二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23) 2.3.1 正弦信号源仿真与实测 (23) 2.3.2 三角信号源仿真与实测 (28)
2.3.3 方波信号源仿真与实测 (33) 第三章结论与误差分析 (39) 3.1 结论 (39) 3.2 误差分析 (40) 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析 滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。 低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。 图1 RC低通滤波器基本原理图 当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。当输入
频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。此时的频率为滤波器的特征频率fc。 解出，得： 在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为： 因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为： 这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。按照定义，此时的频率称为特征频率。 1.2电路组成
二阶有源带阻滤波器 设计报告 目录 1、设计要求………………………..P1 2、设计作用及目的………………..P1 3、设计的具体实现 ⑴系统概述……………………...P1-P8 ⑵单元电路设计及仿真分析…...P9-P22 ⑶PCB版电路制作……………..P 4、心得体会及建议………………...P 5、附录……………………………...P 6、参考文献………………………...P
一、设计要求 ⑴、设计一个二阶有源带阻滤波器电路，要求中心频率0f=50Hz，Q=10； ⑵、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能要求指标； ⑶、合理选用元器件。 二、设计的作用、目的 ⑴、掌握二阶有源带阻滤波器电路的设计方法 ⑵、了解二阶有源带阻滤波器的性能特点 ⑶、掌握二阶有源带阻滤波器的安装与调试方法 ⑷、掌握滤波器有关参数的测量、计算方法 ⑸、理论应用于实践，增强动手能力 三、设计的具体实现 1、系统概述 ⑴、相关知识了解 由有源器件（晶体管或集成运放）和电阻、电容构成的滤波器称为RC有源滤波器。滤波器分为一阶、二阶和高阶滤波器。阶数越高，其幅频特性越接近于理想特性，滤波器的性能就越好。滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信号处理、数据传输、抑制干扰等方面。这类滤波器主要优点是：小型，价廉；不需要阻抗匹配且可具有一定的增益；抗干扰能力强；截止频率低（可低至10-3Hz）。因受运算放大器的频带限制，主要用在超低频至几百千赫的频率范围。根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。 这里专门对二阶有源带阻滤波器进行研究。常用的二阶有源带阻滤波器电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈（MFA）有源二阶带阻滤波器电路，另一种是电压控制电压源（VcVs）有源二阶带阻滤波器电路。 电压控制电压源电路，它的运放为同相输入，具有高输入阻抗、低输出阻抗
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
课程设计四则运算()
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期： ?
淮北师范大学 《数据结构设计实验报告》 题目——四则运算练习软件 班级：0９非师 设计者:曹严严 指导老师:张震 时间： 2０１1／0４／13---2０11/04/１４
目录 1程序设计的内容和相关的要求---－---－－--－--－－----－-------------- 2程序总的功能说明--－－---－－---－---－------－－--------－-----------－ 3程序的模块的说明-------－－--－－--－-－－------－－--－--－--－-------－-- 4程序设计的流程图-－--－－---－---－-－-----－-－---－---------－------－- 5程序的操作说明及运行结果-－---－---－------－--－-－---－------－－--－
6源程序的清单-----------－-----－－－－-----------－－-－--－----------- 7心得体会--－－--------------------－--－--------------－-------－－-- 1程序设计的内容和相关的要求 课程设计的目的:数据结构课程设计是计算机学院重要的教学环节,它为学生提供了一个既动手又动脑,将课本上的理论知识和实际有机的结合起来,独立分析和解决实际问题的机会。 ● 进一步巩固和复习数据结构的基础知识。 ●↑培养学生结构化程序、模块化程序设计的方法和能力。 ●↑提高学生调试程序的技巧和软件设计的能力。 ● 提高学生分析问题、解决问题以及综合利用C语言进行程序设计的能 力。 ●↑了解软件的编制过程。 实现的任务：编写一个100以内的四则运算练习软件。 设计内容： １.?随机产生两个<１０0的整数(运算结果也要在100内），可以选择要练习的运算＋,-*，/,调用＋，－，*,／四个运算函数实现运算。 ２. +，-，＊，/混合运算(用栈的原理实现) 设计要求: 1.?不同的功能使用不同的函数实现(模块化）,对每个函数的功能和调用接口要注释清楚。对程序其它部分也进行必要的注释。 2.?对系统进行功能模块分析、画出总流程图和各模块流程图。 3．?用户界面要求使用方便、简洁明了、美观大方、格式统一。所有功能可以反复使用,最好使用菜单。 ４.?通过命令行相应选项能直接进入某个相应菜单选项的功能模块。 5．所有程序需调试通过。
东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室
数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f
根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到
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。
面向对象程序设计语言 --课程设计题目计算器设计 院系航空宇航学院 专业飞行器设计与工程 学生姓名张权 学号011110320 指导教师张德平 二零一二年六月九日
计算器设计 （一）、目的与要求： 1、目的： 通过开发计算器程序，进一步熟悉C++中类和对象的定义与使用，掌握程序控制的方法，掌握C++程序设计的基本知识。 2、基本要求： （1）设计计算器程序，可对实数操作； （2）可对多个基数操作的四则运算； （3）增加函数如：正弦、余弦、正切、对数、平方和平方根、完成四则混合运算，注意考虑优先级，对应增加主菜单选项； （4）根据程序的提示，可以进行正弦运算进行余弦运算、正切运算、对数运算、求平方运算、混合运算、华氏温度转化为摄氏温度的运算、摄氏温度转化为华氏温度的运算、求平方根运算。使四则运算能够具有测试功能，即计算机能够自动出题，并要求用户计算，同时计算机判断用户的对错并打分，要求十题为一个单元，加减运算时最高为两位数的运算，乘法为两位数乘以一位数，除法是两位数或者三位数除以一位数，要求没有余数。 （二）、设计方法和基本原理： 1、问题描述（功能要求）： 实数间的计算很复杂，它包括：相加、相减、相乘、相除、求三角函数、求对数、四则混合运算等。试设计计算器，使之能提供以下功能： 1)．可以连续输入运算，对于输入的表达式能够按算符优先级进行处理。 如： 输入4+5*3时，应该输出60，而不是27。 2)．可以处理包含括号的表达式。 如： 输入2*（3+2）时，应该输出10，而不是8。 3)．可以计算三角函数、对数函数、平方根以及平方。 4)．能够实现华氏温度与摄氏温度之间的转换。 5)．四则运算能够具有测试功能，即计算机能够自动出题，并要求用户计算，
课程设计(论文)说明书 题目：有源低通滤波器 院（系）：信息与通信学院 专业：通信工程 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 2010年 12 月 19 日
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内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。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响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，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。 关键词：低通滤波器；集成运放UA741；RC网络 Abstract Low-pass filter is a component which can only pass the low frequency signal and attenuation or inhibit the high frequency signal . Ideal frequency response of the filter circuit in the pass band should have a certain amplitude and linear phase shift, and amplitude of the resistance band to be zero. Active filter is composed of the RC network and the amplifier, it actually has a specific frequency response of the amplifier. Higher the order of the filter, the rate of amplitude-frequency characteristic decay faster, but more the number of RC network section, the more complicated calculation of device parameters, circuit debugging more difficult. According to indicators ，second-order active low-pass filter is used in this design . Key words：Low-pass filter；Integrated operational amplifier UA741；RC network,
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。
一、需求分析 1.本程序实现计算任意长的整数的四则运算. 以用户和计算机对话的方式，先后输入数字的最多位数，然后程序就计算并显示出这两个数的运算。 2. 利用双向循环链表现实长整数的存储，每个结点含一个整形变量。输入的形式以回车结束，可以直接输入正数或负数，程序会过滤掉无效的字符。按中国对于长整数的表示习惯，每四位一组，除数字和位于首位置的负号外，其它一切字符都将作为分隔符，连续多个分隔符当一个处理。但不使用分隔符也不影响结果。 3.测试数据(1)0; 0; 输出“0”; (2)-2345,6789; -7654,3211; 输出“-1,000,000”; (3)-9999,9999; 1,0000,0000,0000; 输出“9999,0000,0001”; (4)1,0001,0001; -1,0001,0001; 输出“0”; (5)1,0001,0001; -1,0001,0001; 输出“1”; (6)-9999,9999,9999; -9999,9999,9999; 输出“-1,9999,9999,9998”; (7)1,0000,9999,9999; 1; 输出"1,0001,0000,0000". 二、概要设计 为实现上述程序功能，应以双向循环链表表示长整数。为此，需要定义一个抽象数据类型。 1. 抽象数据类型定义为：
ADT OrderedList{ 数据对象：D={ai|ai∈int,i=1,2,...n, n≥0} 基本操作： init(&a,digit4) 操作结果：构造一个位数是digit4*4长整数。 pass(&a,&b,&c) 初始条件：a,b,c都已存在 操作结果：c等于a和b的和。nep(&a) 初始条件：a已存在。 操作结果：a变为输入参数的相反数。printlong(&a) 初始条件：a已存在。 操作结果：按四位一组，分隔符为","的格式，在屏幕上输出a。ston(&S,&a) 初始条件：a已存在。 操作结果：把字符串形式的长数字赋给a。}ADT OrderedList 2.本程序包含两个模块： 1）主程序模块：V oid main(){ 选择操作： 1：帮助。 2：加法。 3：减法。
电子科技大学信息与软件工程学院学院标准实验报告 （实验）课程名称数字信号处理 电子科技大学教务处制表
电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：14-18 一、实验室名称：计算机学院机房 二、实验项目名称：fir 低通滤波器的设计 三、实验学时： 四、实验原理： 1. FIR 滤波器 FIR 滤波器是指在有限范围内系统的单位脉冲响应h[k]仅有非零值的滤波器。M 阶FIR 滤波器的系统函数H(z)为 ()[]M k k H z h k z -==∑ 其中H(z)是k z -的M 阶多项式，在有限的z 平面内H(z)有M 个零点，在z 平面原点z=0有M 个极点. FIR 滤波器的频率响应 ()j H e Ω 为 0 ()[]M j jk k H e h k e Ω -Ω ==∑ 它的另外一种表示方法为 () ()()j j j H e H e e φΩΩΩ=
其中 () j H e Ω和()φΩ分别为系统的幅度响应和相位响应。 若系统的相位响应()φΩ满足下面的条件 ()φαΩ=-Ω 即系统的群延迟是一个与Ω没有关系的常数α，称为系统H(z)具有严格线性相位。由于严格线性相位条件在数学层面上处理起来较为困难，因此在FIR 滤波器设计中一般使用广义线性相位。 如果一个离散系统的频率响应 ()j H e Ω 可以表示为 ()()()j j H e A e αβΩ-Ω+=Ω 其中α和β是与Ω无关联的常数，()A Ω是可正可负的实函数，则称系统是广义线性相位的。 如果M 阶FIR 滤波器的单位脉冲响应h[k]是实数，则可以证明系统是线性相位的充要条件为 [][]h k h M k =±- 当h[k]满足h[k]=h[M-k],称h[k]偶对称。当h[k]满足h[k]=-h[M-k],称h[k]奇对称。按阶数h[k]又可分为M 奇数和M 偶数，所以线性相位的FIR 滤波器可以有四种类型。 2. 窗函数法设计FIR 滤波器 窗函数设计法又称为傅里叶级数法。这种方法首先给出()j d H e Ω， ()j d H e Ω 表示要逼近的理想滤波器的频率响应，则由IDTFT 可得出滤波器的单位脉冲响应为 1 []()2j jk d d h k H e e d π π π ΩΩ-= Ω ? 由于是理想滤波器，故 []d h k 是无限长序列。但是我们所要设计的FIR 滤波 器，其h[k]是有限长的。为了能用FIR 滤波器近似理想滤波器，需将理想滤波器的无线长单位脉冲响应 []d h k 分别从左右进行截断。 当截断后的单位脉冲响应 []d h k 不是因果系统的时候，可将其右移从而获得因果的FIR 滤波器。
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。
#include"stdio.h" #include"stdlib.h" void main() { int a,b,c,d,e,f,g,t; printf("****************************欢迎使用！************************\n"); printf("\n"); printf("1.加法运算\n"); printf("2.减法运算\n"); printf("3.乘法运算\n"); printf("4.除法运算\n"); printf("*****************************请选择运算类型:"); scanf("%d",&a); while(a<1||a>4) { printf("输入错误,请重新输入"); scanf("%d",&a); } if(a==1) { printf("5,一位数加一位数\n"); printf("6,一位数加两位数\n"); printf("7,两位数加两位数\n"); printf("*********************************请输入题型:"); scanf("%d",&a); while(a<5||a>7) { printf("输入错误,请重新输入"); scanf("%d",&a); } if(a==5) { loop:b=rand()%10; c=rand()%10; d=b+c; printf("%d+%d=?\n",b,c); printf("请输入答案："); scanf("%d",&e); while(e!=d) { printf("回答错误，请重做"); printf("%d+%d=?\n",b,c); printf("请输入答案："); scanf("%d",&e);
低通滤波器的设计 模拟滤波器在各种预处理电路中几乎是必不可少的，已成为生物医学仪器中的基本单元电路。有源滤波器实质上是有源选频电路，它的功能是允许指定频段的信号通过，而将其余频段上的信号加以抑制或使其急剧衰减。各种生物信号的低噪声放大，都是首先严格限定在所包含的频谱范围之内。 最常用的全极点滤波器有巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。就靠近ω=0处的幅频特性而言，巴特沃斯滤波器比切比雪夫滤波器平直，即在频率的低端巴特沃斯滤波器幅频特性更接近理想情况。但在接近截止频率和在阻带内，巴特沃斯滤波器则较切比雪夫滤波器差得多。本设计中要保证低频信号不被衰减，而对高频要求不高，因此选择了巴特沃斯滤波器。巴特沃思滤波电路(又叫最平幅度滤波电路)是最简单也是最常用的滤波电路，这种滤波电路对幅频响应的要求是：在小于截止频率ωc。的范围内，具有最平幅度响应，而在ω>ωc。后，幅频响应迅速下降。 因为本设计中要保证低频信号不被衰减，而对高频要求不高，所以选择 二阶滤波器即可。本系统采用二阶Butterworth低通滤波器，截止频率f H=100HZ，其电路原理图如1： 图1 低通滤波器图 根据matlab软件算得该设计适合二阶低通滤波器，FSF=628选Z=10000，则
Z R R FSF Z ?=?=的归一值的归一值 C C 3.2脉象信号的的前置放大 由于人体信号的频率和幅度都比较低，很容易受到空间电磁波以及人体其它生理信号的干扰，因此在对其进行变换、分析、存储、记录之前，应该进行一些预处理，以保证测量结果的准确性。因此需要对信号进行放大，“放大”在信号预处理中是第一位的。根据所测参数和所用传感器的不同，放大电路也不同。用于测量生物电位的放大器称为生物电放大器，生物电放大器比一般放大器有更严格的要求。 在本研究中放在传感器后面的电路就是前置放大电路，由于从传感器取得的信号很微弱，且混杂了一些其他的干扰信号。因此前置放大电路的主要功能是，滤除一些共模干扰信号，同时进行一定的放大。该电路由4部分构成：并联型双运放仪器放大器，阻容耦合电路，由集成仪用放大器构成的后继放大器和共模信号取样电路。并联型双运放仪器放大器的优点是不需要精密的匹配电阻，理论上它的共模抑制比为无穷大，且与其外围电阻的匹配程度无关。集成仪用放大器将由并联型双运放仪器放大器输出的双端差动信号转变为单端输出信号，并采用阻容耦合电路隔离直流信号，可以使集成仪用放大器取得较高的差模增益，从而得到很高的共模抑制比。共模取样驱动电路由两个等值电阻和一只由运放构成的跟随器构成，能够使共模信号不经阻容耦合电路的分压直接加在集成放大器的输入端，避免了由于阻容耦合电路的不匹配而降低电路整体的共模抑制比。此电路中也采用了右腿驱动电路来抑制位移电流的影响。前置放大电路参数选择：此部分总的增益取为1000，其中并联型双运放仪器放大器的增益为5,集成仪用放大器的增益为200。具体设计电路如图2所示
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）
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：
#ifndef H_STUDENT_HH #define H_STUDENT_HH #include "stdio.h" #include "string.h" #include "malloc.h" #define LEN sizeof(struct message_student) /*一个结构体数组元素的长度*/ #define numsubs 5 /*学科数目*/ typedef struct message_student /*结构体定义*/ { char number[6]; char name[20]; char sex[4]; float subject[numsubs]; float score; float average; int index; }student; extern int numstus; /*学生数目*/ extern student *pointer; /*指向结构体数组*/ extern int lens; int menu_select(); /*函数声明*/ int openfile(student stu[]); int findrecord(student stud[]); int writetotext(student stud[]); void welcome(); void display1(); void showtable(); void sort(student stu[]); void deleterecord(student stu[],int i); void addrecord(student stud[]); void display(student stud[],int n1,int n2); void amendrecord(student stud[]); void count(student stud[]); void sortnum(student stud[]); void sortnum2(student stud[]); void sortname(student stud[]);
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