基于Multisim的低通滤波器设计.doc

引言Multisim是加拿大InHYPERLINK""\t"_blank"teractiveImageHYPERLINK""\t"_blank"Technologies公司近年推出的HYPERLINK""\t"_blank"电子线路仿真软件EWB(HYPERLINK""\t"_blank"ElectronicsWorkbench，虚拟HYPERLINK""\t"_blank"电子工作平台)的升级版。Multisim为用户提供了一个集成一体化的设计实验环境。运用Multisim，建立电路、仿真分析和结果输出在一个集成菜单中可以所有完毕。其仿真手段切合实际，HYPERLINK""\t"_blank"元器件和HYPERLINK""\t"_blank"仪器与实际情况非常接近。Multisim元件库中不仅有数千种电路元器件可供选用，并且与目前较常用的电路分析软件PSpice提供的元器件完全兼容。Multisim提供了丰富的分析功能，其中涉及电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析和离散傅里叶分析等多种工具。本文以Multisim为工作平台；进一步分析了二阶低通HYPERLINK""\t"_blank"滤波器电路。运用Multisim可以实现从原理图到PCB布线工具包(如ElectrHYPERLINK""\t"_blank"ONHYPERLINK""\t"_blank"ICSWorkbench的Ultiboard)的无缝隙数据传输，且界面直观，操作方便。2电路设计由于一阶HYPERLINK""\t"_blank"低通滤波器的幅频特性下降速率只有-20dB／10f，与抱负情况相差太大，其滤波效果不佳。为了加快下降速率，使其更接近抱负状态，提高滤波效果，我们经常使用二阶RC有源滤波器。采用的改善措施是在一阶的基础上再增长一节RC网络。电路结构如图1所示，此电路上半部分是一个同相比例HYPERLINK""\t"_blank"放大电路，由两个HYPERLINK""\t"_blank"电阻R1，Rf和一个抱负HYPERLINK""\t"_blank"运算放大器构成。R1与Rf均为16kΩ。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4kΩ，C1，C2均为0.1μF。电路由一个幅度为1mV，频率可调的交流电压源提供输入信号，用一个阻值为1kΩ的电阻作为负载。3理论分析3.1频率特性二阶低通滤波器电路的频率特性为：3.2通带电压放大倍数AUP低频下，两个电容相称于开路，此电路为同相比例器。3.3特性频率f0与通频带截止频率fP4Multisim分析4.1虚拟HYPERLINK""\t"_blank"示波器分析在Multisim软件的HYPERLINK""\t"_blank"虚拟仪器栏中选择虚拟HYPERLINK""\t"_blank"双踪示波器，将示波器的A、B端分别连接到电路的输入端与输出端(即图1中的1、3节点)，再点击仿真按钮进行仿真，得到如下波形。图2为输入信号频率为1kHz，幅度为1mV时二阶低通滤波器电路的输入输出情况。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。我们选择示波器扫描频率为1ms／div。纵轴每格均代表1mV，输出方式为Y／T方式。幅度大的为输入信号，幅度小的为输出信号。很显然，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波器电路不会改变信号频率。从图2还可以看出，在输入信号频率较大(如1kHz)时输出信号的幅度明显小于输入信号的幅度。而低频情况下的理论计算结果AUP=2；即在低频情况下输出信号的幅度应为输人信号的两倍。很显然，输入信号频率较大时电路的放大作用已经不抱负。调节输入频率，使之分别为800Hz，600Hz，400Hz，300Hz，200Hz，150Hz，1Hz。由HYPERLINK""\t"_blank"虚拟示波器得到输入频率为1Hz时的输出电压Uo1=2mV，即AUP=2，与理论计算值相吻合。而输入频率为150Hz时Uo2=1.5mV。此时Uo2最接近截止时的输出电压UP=0.707Uo1=1.414mV。这说明截止频率fP接近150Hz。我们发现，仅通过虚拟示波器分析，既很难得出fP的准确值，也不能直观看出输入信号的频率对电路放大性能的影响，于是用Multisim中的交流分析来精确观测电路的输入输出特性。4.2交流分析(ACAnalysis)停止Multisim仿真分析(Multisim仿真分析与交流分析不能同时进行)，在主菜单栏中simulate项中选择Analysis中的ACAnalysis。参数设立如下：起始频率为1Hz，终止频率为