辽宁工程技术大学。
专业实训设计报告。
题目二阶有源低通滤波器
指导教师白立春
院（系、部电信学院。
专业班级。学号。
姓名 日期2023年6月14日。
目录。1.设计目的 1
2.设计任务 1
3.设计思路 1
3.1原理图设计 1
3.1.1 原理图设计的一般步骤 1
3.1.2原理组成框图 2
3.2芯片介绍 3
3.2.1产品型号 3
4.硬件电原理图和连接图 3
4.1二阶有源低通滤波器原理图和连接图 3
4.2二阶有源低通滤波器**图 4
布局和布线 5
6.硬件调试方案 7
7.总结与展望 7
摘要。在一个实际的电子系统中， 人们需要的信号往往和别的信号混在一起， 应当设法把它挑选出来。而在另一些场合， 有用信号因受到干扰而搀杂了不必要的成份， 应当设法将干扰衰减到最小的程度。
为了解决上述问题， 最常用的方法是采用有源滤波器。
在有源滤波器中， 低通有源滤波器是最常用的电子线路。本文我们主要介绍二阶低通滤波器：它是通过电阻、电容和运算放大器组成的。
电阻和电容组成滤波系统，而运算放大器和电阻组成放大系统。这里的运算放大器我们常用lm324集成芯片实现。
进过近两个星期的试验后，本次的课设基本上还是比较顺利的完成了，只是遇上一点小麻烦，但是进过分析后，还是调试出来了。总的来说，本次电路设计完成了全部的设计要求。
关键字：有源、低通、二阶滤波器。
板级电子系统开发是电子类及相关专业非常重要的实践性教学环节，安排在大三下学期进行。通过开发完整的电子系统，可实训和检验学生运用所学知识进行电子设计的能力，为后续课程和毕业设计以及就业打下良好基础。
在规定时间内，每个学生根据任务书要求独立设计每个ige统开发ifaxing电子系统整体方案，完成器件选型，采用protues验证系统功能。之后应用multisim绘制原理图、器件封装，以及布局布线(注：四层板布线)，提交工作报告并装订成册。
报告格式见《专业实训报告格式及要求》。
根据学生工作中的表现和工作报告，由李国金、张振宇、刘超、白立春四位老师组成考评小组，进行答辩。
成绩考核按优、良、中、及、不及格五级分制记入成绩档案。
图1-1fig. 1-1
图1-2 二阶有源低通滤波基础电路。
figure 1-2 second-order active low-pass filter circuit
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-90，两级rc 电路的移相到-180，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：
令称为通带增益。
称为等效品质因数。
称为特征角频率。
则。上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式。
注： 滤波电路才能稳定工作。
3.2.1产品型号：lm324n
3.2.2概述与特点。
lm324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作，但亦可在双电源条件下工作。本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域中有广泛的应用。
其特点如下：
具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3v～30v，双电源±1.5v～±15v ;
内含相位校正回路， 外围元件少；
消耗电流小：icc=0.6ma (典型值， rl=∞)
输入失调电压低：±2mv (典型值)；
电压输出范围宽：0v ～vcc—1.5v；
共模输入电压范围宽：0v ～vcc—1.5v；
封装形式：dip14。
我的设计题目是二阶有源低通滤波器。假设我们要求截止频率f0=1000hz；通带内电压放大倍数a0=15，品质因数q=0.707。
由 =0.707可以求得，所以低通滤波器的通带电压增益 =1.586；选择c=82nf,选择标准电阻r=9.
09 kω，rf=2.55 kω。要使a0=15,则还须再接一个放大电路，使得一级输出被放大9.
43倍，则总增益达到15左右。
图5-1 二阶有源低通滤波器原理图。
figure 5-1 second-order active low-pass filter principle diagram
图5-2 二阶有源低通滤波器**图一。
figure 5-2 a second-order active low-pass filter simulation diagram
分析上图知电路的截止频率在989hz左右，与题目要求稍微有点偏差，这是由于电阻和电容的设置存在偏差及兼顾通带内电压放大倍数引起的，在误差允许的范围之内。
图5-3 二阶有源低通滤波器**图二。
figure 5-3 second-order active low-pass filter simulation graph 2
所加输入信号的有效电压vi=120mv,波形入channel-a所示；输出电压波形入channel-b所示，其最大电压约为2.570v，故输出电压的有效电压值uo=2.570 x 0.
707 =1816.99(mv);由以上分析知通带内电压放大倍数a0=uo/vi=15.14,和题目要求存在极小偏差，在误差允许的范围之内。
综上所分析得知我组所设计的二阶有源低通滤波器**模拟电路图符合题目要求，是正确的。
图6-1 pcb布局布线图。
figure 6-1 pcb layout and wiring diagram
图6-2 pcb 3d视图一。
figure 6-2 a pcb in 3 d view
图6-3 pcb 3d视图二。
figure 6-3 pcb 3 d view
在确定电路和按元件清单领取元件后，接下来的就是焊接了，在焊接前，要先对电路进行布局，一般采用分块布局。但是由于本次实验的电路比较简单，排板时，只需按照横平竖直规则即可。首先焊接的当然是lm324芯片，然后就是按照电路把剩余的元件焊接上去。
由于本实验的元件比较少，焊接起来很快，整个电路的焊接大概花了一个上午的时间，但是一开始并没有成功，波形没有出来，只有一些干扰波形，经过几次电路检查后，并没有发现错误，而在后来的一次偶然看电路图时，突然间发现之前的芯片的供电电源是正负电源和电路中的地接错了，把错误改过来后，波形立刻出来了，但是却发现增益不对，不是预期的结果，通过调节电位器后，增益也出来了，所以总的来说，本次的实验还是比较成功的，只是实验结果有点误差。误差分析：
电路板上元件的阻值与实际的电阻值有一点的误差，得到的结果与计算结果有不同；
电路板焊接时对元器件有了一点的影响；
读数时有偏差，连接示波器时的元件的具体频率值与电阻值都直接取了整数，并不是原来的那个值。因此在具体周期的计算值上也有不同；
焊接点与线也有一定的电阻。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关二阶有源低通滤波器方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，最终，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在网络上找教程，在网上找资料，终于学会了如何进行电路设计，模拟**，pcb**。
同时，我也更加相信了自己的能力，也明白了有些事情不用别人教也可以学会。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
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