用Multisim分析二階低通濾波器電路
出處:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2015-04-02 09:57:38
1 引 言
本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/270617.htm
Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司近年推出的電子線(xiàn)路仿真軟件EWB(Electronics Workbench,虛擬電子工作平臺(tái))的升級(jí)版。Multisim為用戶(hù)提供了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。利用Multisim,建立電路、仿真分析和結(jié)果輸出在一個(gè)集成菜單中可以全部完成。其仿真手段切合實(shí)際,元器件和儀器與實(shí)際情況非常接近。Multisim元件庫(kù)中不僅有數(shù)千種電路元器件可供選用,而且與目前較常用的電路分析軟件PSpice提供的元器件完全兼容。Multisim提供了豐富的分析功能,其中包括電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域分析、頻域分析、噪聲分析、失真分析和離散傅里葉分析等多種工具。本文以Multisim為工作平臺(tái);深入分析了二階低通濾波器電路。利用Multisim可以實(shí)現(xiàn)從原理圖到PCB布線(xiàn)工具包(如Electronics Workbench的Ultiboard)的無(wú)縫隙數(shù)據(jù)傳輸,且界面直觀(guān),操作方便。
2 電路設(shè)計(jì)
由于一階低通濾波器的幅頻特性下降速率只有-20 dB/10 f,與理想情況相差太大,其濾波效果不佳。為了加快下降速率,使其更接近理想狀態(tài),提高濾波效果,我們經(jīng)常使用二階RC有源濾波器。采取的改進(jìn)措施是在一階的基礎(chǔ)上再增加一節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)。
電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,此電路上半部分是一個(gè)同相比例放大電路,由兩個(gè)電阻R1,Rf和一個(gè)理想運(yùn)算放大器構(gòu)成。R1與Rf均為16 kΩ。下半部分是一個(gè)二階RC濾波電路,由兩個(gè)電阻R2,R3及兩個(gè)電容C1,C2構(gòu)成。其中R2,R3均為4 kΩ,C1,C2均為0.1μF。電路由一個(gè)幅度為1 mV,頻率可調(diào)的交流電壓源提供輸入信號(hào),用一個(gè)阻值為1 kΩ的電阻作為負(fù)載。
3 理論分析
3.1 頻率特性
二階低通濾波器電路的頻率特性為:

3.2 通帶電壓放大倍數(shù)AUP
低頻下,兩個(gè)電容相當(dāng)于開(kāi)路,此電路為同相比例器。

3.3 特征頻率f0與通頻帶截止頻率fP

4 Multisim分析
4.1 虛擬示波器分析
在Multisim軟件的虛擬儀器欄中選擇虛擬雙蹤示波器,將示波器的A、B端分別連接到電路的輸入端與輸出端(即圖1中的1、3節(jié)點(diǎn)),再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真,得到如下波形。
圖2為輸入信號(hào)頻率為1 kHz,幅度為1 mV時(shí)二階低通濾波器電路的輸入輸出情況。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間,縱坐標(biāo)為電壓幅度。我們選擇示波器掃描頻率為1 ms/p??v軸每格均代表1 mV,輸出方式為Y/T方式。幅度大的為輸入信號(hào),幅度小的為輸出信號(hào)。

很顯然,輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)一致,說(shuō)明二階低通濾波器電路不會(huì)改變信號(hào)頻率。從圖2還可以看出,在輸入信號(hào)頻率較大(如1 kHz)時(shí)輸出信號(hào)的幅度明顯小于輸入信號(hào)的幅度。而低頻情況下的理論計(jì)算結(jié)果AUP=2;即在低頻情況下輸出信號(hào)的幅度應(yīng)為輸人信號(hào)的兩倍。很顯然,輸入信號(hào)頻率較大時(shí)電路的放大作用已經(jīng)不理想。
調(diào)節(jié)輸入頻率,使之分別為800 Hz,600 Hz,400 Hz,300 Hz,200 Hz,150 Hz,1 Hz。由虛擬示波器得到輸入頻率為1 Hz時(shí)的輸出電壓Uo1=2 mV,即AUP=2,與理論計(jì)算值相吻合。而輸入頻率為150 Hz時(shí)Uo2=1.5 mV。此時(shí)Uo2接近截止時(shí)的輸出電壓UP=0.707Uo1=1.414 mV。這說(shuō)明截止頻率fP接近150 Hz。
我們發(fā)現(xiàn),僅通過(guò)虛擬示波器分析,既很難得出fP的準(zhǔn)確值,也不能直觀(guān)看出輸入信號(hào)的頻率對(duì)電路放大性能的影響,于是用Multisim中的交流分析來(lái)觀(guān)察電路的輸入輸出特性。
4.2 交流分析(AC Analysis)
停止Multisim仿真分析(Multisim仿真分析與交流分析不能同時(shí)進(jìn)行),在主菜單欄中simulate項(xiàng)中選擇Analysis中的AC Analysis。參數(shù)設(shè)置如下:起始頻率為1 Hz,終止頻率為10 MHz,掃描方式使用十進(jìn)制,縱坐標(biāo)以dB為刻度,在Output variables中選擇輸出節(jié)點(diǎn)(即圖1中節(jié)點(diǎn)3),然后點(diǎn)擊simulate進(jìn)行仿真分析,得到電路的幅頻特性曲線(xiàn)如圖3所示。

4.2.1 通帶電壓放大倍數(shù)AUP的測(cè)量
從特性曲線(xiàn)可以看出,在低頻狀態(tài)下頻率變化對(duì)AUP的影響不大,頻率較大時(shí)AUP隨頻率增加而急劇減小。高頻狀態(tài)下輸出電壓則接近于0。從對(duì)話(huà)框中可知縱坐標(biāo)值為6.020 4 dB,即AUP=2,與理論計(jì)算值相符。
4.2.2 通頻帶截止頻率fP的測(cè)量
fP為縱坐標(biāo)從值(6.020 4 dB)下降3 dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率,即縱坐標(biāo)為3.020 4 dB所對(duì)應(yīng)的頻率。將圖3中右側(cè)標(biāo)尺移至3.020 4 dB附近,選其局部進(jìn)行放大;再將該標(biāo)尺移至縱坐標(biāo)為3.020 4 dB處,得到的橫坐標(biāo)為148.495 2 Hz,即fP=148.495 2 Hz。這與理論計(jì)算得到的基本一致。
4.3 參數(shù)掃描分析(parameter sweep)
當(dāng)某元件的參數(shù)變化時(shí),利用Multisim中的參數(shù)掃描分析功能可以得到電路輸入輸出特性的變化情況。
在主菜單欄中simulate項(xiàng)中選擇Analysis中的parameter sweep。參數(shù)設(shè)置如下(以分析C1為例):設(shè)備項(xiàng)中選擇電容設(shè)備,元件名選擇C1,參數(shù)選擇電容量,電容量使用le-006F,le-007F,le-008F三個(gè)值。點(diǎn)擊more選項(xiàng),選擇AC Analysis(交流分析),再選擇節(jié)點(diǎn)3作為輸出節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊simulate進(jìn)行仿真,得到C1取上述三個(gè)不同值時(shí)電路的幅頻特性曲線(xiàn)(如圖4所示)。

圖4中,三條曲線(xiàn)由下至上對(duì)應(yīng)的電容分別為le-006F、le-007F、le-008F,對(duì)應(yīng)的截止頻率分別為35.550 Hz,148.493 7 Hz,193.375 6 Hz。很顯然,C1減小引起電路的截止頻率增大,通頻帶變寬。而C1的變化對(duì)電壓增益基本無(wú)影響。
采用類(lèi)似方法,我們得到C2,R1,R2,R3和Rf對(duì)電路性能的影響如下:C2,R2和R3的變小均會(huì)引起電路的截止頻率增大和通頻帶變寬。而C2,R2和R3的變化對(duì)電壓增益的影響不大。R1與輸出電壓幅度成反比,Rf與輸出電壓幅度成正比,但R1和Rf的變化不影響電路的頻率特性。
5 結(jié)語(yǔ)
由以上分析可知,Multisim中的仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果十分接近。Multisim既是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子電路設(shè)計(jì)與仿真的軟件,又是一個(gè)非常的電子技術(shù)教學(xué)工具。Multisim應(yīng)用于課堂教學(xué),豐富了電子技術(shù)多媒體輔助教學(xué)的內(nèi)容,是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。Multisim以其具有的開(kāi)發(fā)性、靈活性、豐富性、生動(dòng)性、實(shí)時(shí)交互性和高效性等功能特征,極大地豐富了電子電路的教學(xué)方法,拓展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度,為提高電子技術(shù)教學(xué)質(zhì)量提供了又一個(gè)有效手段。
版權(quán)與免責(zé)聲明
凡本網(wǎng)注明“出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)”的所有作品,版權(quán)均屬于維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng),轉(zhuǎn)載請(qǐng)必須注明維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng),http://www.hbjingang.com,違反者本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它出處的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性,不承擔(dān)此類(lèi)作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),必須保留本網(wǎng)注明的作品出處,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
- 鎖相環(huán)(PLL)中的環(huán)路濾波器:參數(shù)計(jì)算與穩(wěn)定性分析2026/4/10 11:18:01
- 用于相位噪聲測(cè)量的低通濾波器設(shè)計(jì)與本振凈化技術(shù)2026/4/9 10:25:16
- 汽車(chē)電子EMC挑戰(zhàn):針對(duì)CAN/LIN總線(xiàn)的高魯棒性濾波設(shè)計(jì)2026/4/8 10:28:06
- 可重構(gòu)濾波器技術(shù):滿(mǎn)足多標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)的靈活需求2026/4/1 10:51:35
- 從S參數(shù)到實(shí)際元件:微帶線(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)與仿真流程2026/3/31 15:10:48
- 編碼器的工作原理及作用1
- 超強(qiáng)整理!PCB設(shè)計(jì)之電流與線(xiàn)寬的關(guān)系2
- 三星(SAMSUNG)貼片電容規(guī)格對(duì)照表3
- 電腦藍(lán)屏代碼大全4
- 國(guó)標(biāo)委發(fā)布《電動(dòng)汽車(chē)安全要求第3部分:人員觸電防護(hù)》第1號(hào)修改單5
- 通俗易懂談上拉電阻與下拉電阻6
- 繼電器的工作原理以及驅(qū)動(dòng)電路7
- 電容單位8
- 跟我學(xué)51單片機(jī)(三):?jiǎn)纹瑱C(jī)串口通信實(shí)例9
- 一種三極管開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)10
- 高速PCB信號(hào)完整性(SI)設(shè)計(jì)核心實(shí)操規(guī)范
- 鎖相環(huán)(PLL)中的環(huán)路濾波器:參數(shù)計(jì)算與穩(wěn)定性分析
- MOSFET反向恢復(fù)特性對(duì)系統(tǒng)的影響
- 電源IC在惡劣環(huán)境中的防護(hù)設(shè)計(jì)
- 連接器耐腐蝕性能測(cè)試方法
- PCB電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)與干擾抑制核心實(shí)操規(guī)范
- 用于相位噪聲測(cè)量的低通濾波器設(shè)計(jì)與本振凈化技術(shù)
- MOSFET在高頻開(kāi)關(guān)中的EMI問(wèn)題
- 電源IC在便攜式設(shè)備中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
- 連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析









