ＲＣ二階有源濾波器的新型實驗方法

摘 要：RC二階有源濾波器是運放的典型應用，也是學生常做的實驗之一。一般來說，學生對實驗的理論推導和分析會存在一定的困難，對實驗中的現象和問題也難以應付。提出理論、仿真與實驗相結合的新方法，可以有效地解決上述問題。具體方法是：先進行理論推導，用 Matlab 7.1軟件對理論推導的結果進行計算繪圖；再運用EDA仿真軟件Multisim 10.0進行電路仿真；并在此基礎上進行實驗，得出實驗數據；對比理論計算、電路仿真以及實驗數據的差異，最后進行分析總結。這種新型實驗方法不僅可以提高驗證型實驗的學習效果，還可以提高設計型實驗的效率和效果。該方法理論結合實踐，提高了教學質量，激發了學生實驗興趣，達到鞏固知識和提高動手能力的雙重效果。

關鍵詞：Multisim 10.0；有源濾波器；Matlab 7.1;驗證型；設計型

中圖分類號：TN721.2 文獻標識碼：B 文章編號：1004-373X(2008)02-065-03

A New Experiment Method for RC Two-pole Active Filter

XU Faqiang，HU Jiansheng，CHEN Jun，TANG Kai

(Institute of Technology，PLA University of Science and Engineering，Nanjing，210007，China)

Abstract：RC two-pole active filter is a typical circuit for the amplifier and it becomes the popular experiment for students.Normally，students have a little bit of difficult in the theory development and analysis，and it is also hard for them to handle the strange phenomenon in the experiment.In this article，a new method of combination of theory，simulation and experiment has been raised.It can effectively solve the problem.First，based on the circuit，the transfer function is developed and the result is showed with a graph in Matlab7.1，second，the circuit simulation is performed in Multisim10.0.Based on the results obtained，the experiment is made and all data is saved.In the end，all results should be analyzed and will come to the conclusion.Such experiment method is very effect for the testing experiment and designing experiment.The experiment method supposed in this article relates the theory and the test，it is good for the teaching quality and it has raised the student′s interesting for experiment.In the result，the knowledge has been confirmed and ability in experiment has been raised.

Keywords：Multisim 10.0;active filter;Matlab 7.1;verification type;design type

1 仿真軟件簡介

Matlab 7.1是最新版的數學計算軟件，可以對大量數據進行直觀的分析，對理論推導結果進行數值分析和繪圖，使之具體化形象化，本文用Matlab 7.1對濾波器通頻帶公式進行實驗數據的繪圖，達到了更加直觀的效果；Multisim 10.0是一個用于電子線路仿真與設計的EDA軟件，他可在電路和元件的參數的基礎上，仿真出電路的各種指標，比如我們用到的通頻帶，即幅頻特性曲線。

2 RC有源二階低通濾波器 

常用的電路形式有2種：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，這里只分析Sallen-Key（如圖1所示），信號從運放的同相端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運放A和R3 ，R4組成電壓控制的電壓源，因此稱為壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。優點是電路性能較穩定，增益容易調節。

典型的RC有源二階低通濾波器有3種：巴特沃斯、貝塞爾和切比雪夫。其中，巴特沃斯濾波器的優點是帶內平坦，后面會在設計型實驗中用到。在驗證型實驗中，采用圖1所示的電路和參數，從后面的分析可看出，這是采用Sallen-Key電路形式的非典型的RC有源二階低通濾波器。

3驗證型實驗中對RC有源濾波器的理論推導、繪圖和仿真

（1） 理論推導和Matlab 7.1繪圖

5 結 語

本文以Sallen-Key電路形式的非典型RC有源低通濾波器的實驗為例，將電路的理論推導、Matlab數據繪圖、Multisim電路仿真和實驗測量結合起來，達到在理論指導下的數據繪圖與電路仿真在理想條件下的一致，電路仿真驗證了實際運放的單位增益帶寬指標對通頻帶的影響。本文還根據巴特沃斯濾波器的標準傳遞函數，重新修改實驗電路的理論推導結果，并采用簡化的設計方法，設計出一個巴特沃斯RC二階有源低通濾波器，并通過繪圖和仿真得出了電路的通頻帶，實驗結果與理論與仿真達到和諧統一。在本文提出的實驗方法中，既有理論指導實驗，又有電路軟件虛擬仿真實驗，最后還有自己動手做實驗。這樣，驗證型實驗達到融會貫通的效果，設計型實驗達到了將理論知識轉化為設計能力的效果。這種新的實驗教學模式可以推廣到幾乎所有的電路實驗當中。

參 考 文 獻

［1］Donald A Neamen.Electronic Curcuit Analysis and Design［M］.2nd Edition.北京：清華大學出版社，McGraw-Hill，2000.

［2］Paul Horowitz，Winfield Hill.The Art of Electronics［M］.2nd Edition.北京：清華大學出版社，2003.［3］路勇，高文煥.電子電路實驗及仿真［M］.北京：清華大學出版社，北方交通大學出版社，2004.

［4］Jim Karki.Active Low-Pass Filter Design\\[R\\].TI Application Report，2002.

［5］陳軍，夏漢初，龔晶.電子技術基礎實驗（模擬電路部分）［M］.南京：解放軍理工大學理學院，2007.

［6］鄭步生，吳渭.Multisim 2001 電路設計及仿真入門與應用［M］.北京：電子工業出版社，2002.

［7］程衛國，馮峰.Matlab精要編程及高級應用［M］.北京：機械工業出版社，2004.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。