RC二阶有源滤波器的新型实验方法

摘 要：RC二阶有源滤波器是运放的典型应用，也是学生常做的实验之一。一般来说，学生对实验的理论推导和分析会存在一定的困难，对实验中的现象和问题也难以应付。提出理论、仿真与实验相结合的新方法，可以有效地解决上述问题。具体方法是：先进行理论推导，用 Matlab 7.1软件对理论推导的结果进行计算绘图；再运用EDA仿真软件Multisim 10.0进行电路仿真；并在此基础上进行实验，得出实验数据；对比理论计算、电路仿真以及实验数据的差异，最后进行分析总结。这种新型实验方法不仅可以提高验证型实验的学习效果，还可以提高设计型实验的效率和效果。该方法理论结合实践，提高了教学质量，激发了学生实验兴趣，达到巩固知识和提高动手能力的双重效果。

关键词：Multisim 10.0；有源滤波器；Matlab 7.1;验证型；设计型

中图分类号：TN721.2 文献标识码：B 文章编号：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 仿真软件简介

Matlab 7.1是最新版的数学计算软件，可以对大量数据进行直观的分析，对理论推导结果进行数值分析和绘图，使之具体化形象化，本文用Matlab 7.1对滤波器通频带公式进行实验数据的绘图，达到了更加直观的效果；Multisim 10.0是一个用于电子线路仿真与设计的EDA软件，他可在电路和元件的参数的基础上，仿真出电路的各种指标，比如我们用到的通频带，即幅频特性曲线。

2 RC有源二阶低通滤波器

常用的电路形式有2种：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，这里只分析Sallen-Key（如图1所示），信号从运放的同相端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，运放A和R3 ，R4组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路。优点是电路性能较稳定，增益容易调节。

典型的RC有源二阶低通滤波器有3种：巴特沃斯、贝塞尔和切比雪夫。其中，巴特沃斯滤波器的优点是带内平坦，后面会在设计型实验中用到。在验证型实验中，采用图1所示的电路和参数，从后面的分析可看出，这是采用Sallen-Key电路形式的非典型的RC有源二阶低通滤波器。

3验证型实验中对RC有源滤波器的理论推导、绘图和仿真

（1） 理论推导和Matlab 7.1绘图

5 结 语

本文以Sallen-Key电路形式的非典型RC有源低通滤波器的实验为例，将电路的理论推导、Matlab数据绘图、Multisim电路仿真和实验测量结合起来，达到在理论指导下的数据绘图与电路仿真在理想条件下的一致，电路仿真验证了实际运放的单位增益带宽指标对通频带的影响。本文还根据巴特沃斯滤波器的标准传递函数，重新修改实验电路的理论推导结果，并采用简化的设计方法，设计出一个巴特沃斯RC二阶有源低通滤波器，并通过绘图和仿真得出了电路的通频带，实验结果与理论与仿真达到和谐统一。在本文提出的实验方法中，既有理论指导实验，又有电路软件虚拟仿真实验，最后还有自己动手做实验。这样，验证型实验达到融会贯通的效果，设计型实验达到了将理论知识转化为设计能力的效果。这种新的实验教学模式可以推广到几乎所有的电路实验当中。

参 考 文 献

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。