Ξ 采用 Multisim 软件仿真设计有源滤波器 许碧荣 ,赖玉平 ,温丽梅 ,吴祯芸 (南平师范高等专科学校 电子工程系 ,福建 武夷山 354300) 摘 　要 　本设计采用先进的 Multisim 仿真软件对二阶有源高通 、低通 、带通 、带阻无限增益多路反馈型滤波电路的频率 特性进行仿真分析 ,由此得出滤波电路的幅频 、相频特性 ,仿真研究与理论分析一致 ,为有源滤波器的电路设 计参数提供了 EDA 手段和实验依据 。 关键词 　Multisim ;有源滤波器 ;仿真 ;频率特性 中图分类号 : TN713. 8 　文献标识码 : A 　文章编号 : 1008 - 5963 (2006) 04 - 0078 - 04 第 25 卷 4 期 　　　　　　　　　　　　　　南平师专学报 　　　　　　　　　　　　　　Vol. 25 No. 4 2006 年 10 月 　　　　　J OURNAL　O F　NAN P IN G　TEACHERS　COLL E GE 　　　　　　　Oct. 2006 Simulated Design of Active - filter through Multisim Soft ware XU 　Birong 　　LAI 　Yuping 　　WEN 　Limei 　　WU 　Zhenyun ( Electronic Engineering Department of Nanping Teachers College , Wuyishan 354300 ,China) Abstract 　By the software of Multisim simulating to analyze their frequency characteristics , the authors offer a simulation design method of parameters for high - pass , low - pass ,band - pass and band - stop of two order Infinite - Gain active - filter. Simulation research is basically consistent with academic analysis and provides EDA references for the design of circuit pa rameters. Key words 　Multisim ;Active - filter ;simu1ation ;frequency characteristics Multisim 是由 IIT 公司推出的专门用于电子电路仿真和设计的 EDA 工具软件 ,是一种在电子技术界广 为应用的优秀计算机仿真设计软件[1、2 ] 。它具有如下 :设计与实验可以同步进行 ,可以边设计边实验 ,修 改调试方便 ;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全 ,可以完成各种类型的电路设计与实验 ;可方便 地对电路参数进行测试和分析 ;可直接打印输出实验数据 、测试参数 、曲线和电路原理图 ;实验中不消耗实 际的元器件 ,实验所需元器件的种类和数量不受限制 ,实验成本低 ,实验速度快 ,效率高 ;设计和实验成功 的电路可以直接在产品中使用等特点 ,已成为电子系统设计的有利工具 。 滤波器是一种能使一定频率的信号通过 ,而阻止或衰减其它频率信号的电路 ,在信息处理 、数据传送 和抑制干扰等自动控制 、通信及其它电子系统中应用广泛 。采用集成运放构成的 RC 有源滤波器 ,具有输 入阻抗高 ,输出阻抗低 ,可提供一定增益 ,截止频率可调等特点 ,二阶有源滤波无限增益多路反馈型电路是 有源滤波电路的重要一种[3、4 ] 。因此 ,本文采用 EDA 仿真软件 Multisim 对二阶有源无限增益多路反馈型 滤波电路进行仿真分析 、调试 ,从而实现电路的优化设计 。 1 　无限增益多路反馈型二阶滤波电路 无限增益多路反馈型二阶滤波电路的通用形式如图 1 所示 。 图 1 　无限增益多路反馈型滤波器 图中 Y 为无源元件导纳 。由于这种电路中有 Y2 和 Y5 两条反馈支路 ,且运放作为一个无限增益有源 器件使用 ,所以将这种电路称为无限增益多路反馈型滤波器 。 设运放的开环增益和开环输入电阻为无限大 ,由基尔霍夫定律可对图 1 电路列出下列节点方程 : 　　　　　　( Y1 + Y2 + Y3 + Y4) V a - Y1 V i - Y2 V0 = 0 (1) 　　　　　　　　Y4 V a + Y5 V0 = 0 (2) 收稿日期 :2006 - 08 - 27 作者简介 :许碧荣 (1973 - ) ,男 ,汉族 ,讲师 ,硕士 ,主要研究方向 :信号检测及处理 。 —87— 

许碧荣 、赖玉平 、温丽梅 、吴祯芸 :采用 Multisim 软件仿真设计有源滤波器 求解组成的方程组可得电路传递函数 　　　　　　K( S) = VO ( S) V i ( S) = - Y1 Y4 Y5 ( Y1 + Y2 + Y3 + Y4) + Y2 Y4 适当地选择电阻 、电容作为图 1 中的导纳 ,可分别组成二阶低通 、高通和带通滤波器电路 。 二阶滤波器传递函数的一般形式为 : b0 S2 + b1 S + b2 S 2 + a1 S + a0 　　　　　　K( S) = 为使其具有更为明显的物理意义 ,可令 a1 = aw0 , a2 = w2 0 则上式可改写为 : 　　　　　　K( S) = b0 S2 + b1 S + b2 S 2 + aw0 S + w2 0 (3) (4) 式中 , a 为阻尼系数 , w0 为固有频率 , K0 为通带增益 ,当系数 b 取不同值时 ,可得到不同特性的滤波器 。 (1) b0 = b1 = 0 , b2 = K0 w2 ———低通滤波器 　　　　　　K( S) = S2 + aw0 S + w2 0 (2) b0 = K0 , b1 = b2 = 0 ———高通滤波器 K0 w2 0 　　　　　　K( S) = K0 S 2 S2 + aw0 S + w2 0 (3) b0 = b2 = 0 , b1 = K0 aw0 ———带通滤波器 　　　　　　K( S) = K0 aw0 S S 2 + aw0 S + w2 0 (4) b0 = K0 , b1 = 0 , b2 = K0 w2 ———带阻滤波器 　　　　　　K( S) = K0 ( S2 + W2 0) S2 + aw0 S + w2 0 2 　Multisim 软件仿真有源滤波电路的步骤 (5) (6) (7) (8) (1) Multisim 的电路创建 ,包括元器件标签 、编号 、数值 、模型参数的设置 。 (2) Multisim 的仪器仪表的选择 ,使用波特图仪显示电路的幅频特性 。 (3) AC Analysis (交流分析) 可以分析二阶有源低通滤波器电路的频率特性 。 3 　无限增益多路反馈型二阶的仿真结果 下面 ,采用 EWB 仿真软件 Multisim 对二阶有源高通 、低通 、带通 、带阻无限增益多路反馈型二阶有源 滤波电路的仿真分析 。 无限增益多路反馈型二阶滤波电路 ,当选取 Y1 = 1/ R1 、Y2 = 1/ R2 、Y3 = SC1 、Y4 = 1/ R3 、Y5 = SC2 ,则可 构成二阶低通滤波器 。用相应的电阻 、电容置换式 (5) 中的导纳 ,可得该滤波器的传递函数 　　　　　　K( S) = S2 + (1/ R1 C1 + 1/ R2 C1 + 1/ R3 C1) S + (1/ R2 R3 C1 C2) - (1/ R1 R3 C1 C2) 当电阻和电容选取合适数值 , Multisim 软件构成的电路如图所示 。 (9) 图 2 　二阶无限增益多路反馈型低通滤波器 —97— 

南平师专学报 　2006 年第 4 期 　　通过 Multisim 软件得出二阶有源低通滤波器仿真 ,得到的幅频特性和相频特性曲线电路如图 3 所示 : 同样地 , Multisim 软件构成的无限增益多路反馈型二阶高通滤波电路和仿真情况如下 : 图 3 　二阶低通滤波器的幅频特性和相频特性曲线 其幅频特性和相频特性曲线为 : 图 4 　无限增益多路反馈型高通滤波器 Multisim 软件构成的无限增益多路反馈型二阶带通滤波电路和仿真情况如下 : 图 5 　二阶高通滤波电路幅频特性和相频特性曲线 图 6 　无限增益多路反馈型二阶带通滤波电路 —08— 

许碧荣 、赖玉平 、温丽梅 、吴祯芸 :采用 Multisim 软件仿真设计有源滤波器 Multisim 软件构成的无限增益多路反馈型二阶带阻滤波电路和仿真情况如下 : 图 7 　二阶带通滤波电路的幅频特性和相频特性曲线 图 8 　无限增益多路反馈型二阶带阻滤波电路 4 　结束语 图 9 　二阶带阻滤波电路的幅频特性和相频特性曲线 利用 Multisim 仿真结果 ,搭制了实验线路 ,利用传输测试仪测得实验数据并绘制了曲线与 Multisim 仿 真曲线完全一致 ;用 Multisim 软件对电子电路进行仿真设计提高了设计的可靠性 , 缩短了设计时间 , 节省 了设计费用 ;由仿真结果可知 ,选择滤波器中不同的 R 、C 值可得到不同截止频率的频率输出 ,通过调整系 统参数 ,以达到优化设计的目的 。总之 ,采用 Multisim 对有源滤波器进行仿真设计 , 使电路的设计获得事 半功倍的效果 。由此可见 , EDA 技术代表现代电子系统设计的技术潮流 , Multisim EDA 软件是电子系统分 析的有利工具 。 参考文献 [1 ]朱小龙 ,周刚. 一种多功能有源滤波器电路仿真设计与分析[ J ]. 安徽理工大学学报 ,2004 ,24 (2) :42 - 45. [2 ]黄智伟等. 基于 Multisim 2001 的电子电路计算机仿真设计与分析[ M ]. 北京 :电子工业出版社 ,2004 :2 - 45. [3 ]李永敏等. 检测仪器电子电路[ M ]. 西安 :西北工业大学出版社 ,1994 :70 - 81. [4 ]康华光. 电子技术基础 (第四版) [ M ]. 北京 :高等教育出版社 ,1996 :355 - 369. —18—