基于NI Multisim 10的有源滤波器的设计与仿真
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第３５卷第６期
信息化研究
Ｖ０１．３５
Ｎｏ．６
２００９年６月
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｊｕｎ．２００９
基于ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０的有源滤波器的设计与仿真
张文俊
（中国人民解放军电子工程学院，安徽省合肥市２３００３７）
摘要：有源滤波器因其体积小、重量轻、成本低、可靠性高、提供增益放大、设计标准化、模块化、
便于集成等突出的优点，在信号处理中有着广泛的应用。在对ＭＦＢ（无限增益多路反馈）滤波电路的
传递函数分析基础上，由２阶ＭＦＢ阶低通滤波电路级联的方法构建了有源低通滤波器，用查表法设计
了基于巴特沃斯逼近的８阶有源低通滤波器，并用ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０软件对设计的滤波器的交流特性进
行了仿真分析，其交流特性符合设计理论，具有一定的参考价值。
关键词：有源滤波器；仿真；ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０
中图分类号：ＴＮ７１３．８
０引言
滤波器在通信测量、控制系统、电力系统及电气设
备中有着广泛的应用。自２０世纪６０年代以来，有源
滤波器因其突出的优点，如体积小、重量轻、成本低、可
靠性高、提供增益放大、设计标准化、模块化、便于集成
等，在信号处理中有着越来越多的应用。因此，研究有
源滤波器的设计就有很大的实际意义¨Ｊ。本文设计
了８阶ＭＦＢ（无限增益多路反馈）巴特沃斯有源低通
滤波器，并用ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０进行了仿真研究。
１有源滤波器设计
设计滤波器时通常给定截止频率、带内增益、品质
因数等性能指标，滤波器的设计任务是根据给定的性
能指标选定电路形式和确定电路的元器件。
具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实
际特性去逼近，就是必须对理想特性进行一定的修改，
用具有可实现性的传递函数来描述所需的性能指标，
使其性能在一定的误差范围内能满足要求，它的幅频
特性、相频特性与所设计的电路特性近似。成熟的逼
近方法有巴特沃斯响应、切比雪夫响应、椭圆响应、贝
赛尔响应等旧Ｊ。
一个具有可实现性的有源滤波器的传递函数为：
ｒｒ，、
曰（ｓ）
ａｒｅｓ”‘＋口ｍ．１Ｓ”‘‘＋…＋ａｌ￥＋ａ０
小＂２布２百万百了ｆｉｉ丽
（１）
有源滤波器的实现可分为直接实现和级联实现。
直接实现是指将日（ｓ）作为整体来实现；级联实现的过
收稿日期：２００８．１１－１０；修回日期：２００９－０２－０５。
程是先将传递
函数分解为若干个ｌ阶和２阶传递函
数，如％（ｓ），％（ｓ），…，风（ｓ），然后分别用ｌ阶和２
阶滤波电路实现这些传递函数，并将这些电路依次级
联，则Ｈ（ｓ）＝Ｈ。（ｓ）幔（ｓ）…风（ｓ），Ｋ≤ｍ，就构成所
需的有源滤波器。
常用的二阶有源滤波器电路有ＶＣＶＳ（压控电压
源）滤波电路和ＭＦＢ滤波电路。下面以ＭＦＢ滤波电
路为例进行分析。如图ｌ所示。
图１
２阶ＭＦＢ滤波电路
如图１所示，运算放大器Ａ反相输入，输入端通
过导纳ｙ４、ｙ５形成２条反馈支路。该电路具有稳定性
好和输出阻抗低的优点。
对节点ａ、６分别列写节点电流方程：
（ｙｌ＋ｙ２＋ｙ３＋ｙ４）乩（ｓ）一ｙ１
Ｕｉ（ｓ）一匕Ｇｏ（ｓ）＝０
（２）
ｙ３Ｕ．（５）＋ｙ５玑（ｓ）＝０
（３）
联立求解式（２）、式（３），得该电路的传递函数为：
ｍ）＝器一丽可诺毓
（４）
采用不同的导纳元件，可以分别得到不同类型的
滤波电路［３
Ｊ。如ＹＩ、ｙ３、ｙ４取电阻，ｙ２、Ｌ取电容，得到
２阶低通滤波电路，ｙｌ、ｙ３、ｙ４取电容，匕、ｙ５取电阻，得
到２阶高通滤波电路。
?２ｌ?
万方数据
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?研究与设计?
信息化研究
２００９年６月
下面用２阶ＭＦＢ低通滤波电路级联构建有源低
通滤波器。设计截止频率ｆｃ＝２．５
ｋＨｚ、带内增益Ａ＝
４、衰耗ｍ＝４５
ｄＢ以上的巴特沃斯有源低通滤波器。
由厅≥ｍ／６＝４５／６＝７．５，得知满足衰耗要求的必须是
８阶滤波器。即由４节２阶ＭＦＢ低通滤波器级联而
成，根据滤波器工作频率与电容取值的对应关系，取
Ｃ＝０．０１斗Ｆ，则Ｋ＝ｌｏｏ／（ＬＣ）＝４。查快速设计手
册Ｈ１得出Ｋ＝１时每节的电阻值及电容值，再将这些
电阻值乘以４，就得到设计的ＭＦＢ巴特沃斯有源低通
滤波器的应选电阻、电容值，如表ｌ所示。
表１
ＭＦＢ巴特沃斯有源低通滤波器的应选电阻、电容值
２
ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０仿真设计与分析
近２０多年来，随着电子与计算机技术的迅速发
展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，一些
优秀的ＥＤＡ（电子设计自动化）软件被爱好者推广，如
加拿大ＩＩＴ公司陆续推出了ＥＷＢ４．０、ＥＷＢ５．０、Ｍｕｌｔｉ．
ｓｉｒｅ２００１、Ｍｕｌｔｉｓｉｍ７、Ｍｕｌｔｉｓｉｍ８、Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
９等，作为学习
和设计电子电路的一种辅助手段，被广泛应用＂Ｊ。ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０是ＮＩ（美国国家仪器公司）推出的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
最新版本，是ＥＷＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ）的升级版，
其界面、主菜单、工具条、元件库、分析方法等与低版本
的相似。ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０是一个原理电路设计、电路功
能测试的虚拟仿真软件，虚拟电子与电工元器件、虚拟
电子与电工仪表和仪器，实现了“软件即元器件”和
“软件即仪器”。ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０增强了软件的仿真测
试和分析功能，提供了上千种电路元器件；ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的交
流分析、瞬态分析、灵敏度分析、噪声分析、温度扫描分
析等；ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０可以设计、测试和演示各种电子
电路。与传统的电子电路设计和实验方法相比，优点
如下：设计和实验可以同步进行，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；可方便地对
?２２?
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；设计成功的电路可以直
接在电路中使用。
进入ＮＩ
Ｍｕｈｉｓｉｍ
１０界面，由设计要求及参数创建
８阶滤波器的仿真电路，如图２所示。
剐２
图２
８阶无限增益多路反馈巴特沃斯有源低通滤波器
为使８阶滤波器的误差小，选择电容和电阻的容
差为ｌ％，仿真电路中均为标准电阻器和电容器，对所
设计的８阶ＭＦＢ巴特沃斯有源低通滤波器仿真分析。
对所创建的电路的节点自动编号，其输出端节点为
１２，单击Ｓｉｍｕｌａｔｅ菜单中Ａｎａｌｙｓｅｓ选项下的ＡＣ
Ａｎａｌｙ－
ｓｉｓ命令，即交流分析Ｍ
Ｊ。在弹出的对话框中，点击
Ｏｕｔｐｕｔ标签，节点１２作为仿真分析变量。点击Ｆｒｅ—
ｑｕｅｎｅｙ
Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ标签，设置ＡＣ分析时的参数频率：
交流分析的起始频率１
Ｈｚ、终止频率１０
ＧＨｚ、扫描方
式Ｄｅｃａｄｅ、取样数量ｌＯ、纵坐标的刻度Ｌｉｎｅａｒ。最后单
击Ｓｉｍｕｌａｔｅ按扭进行仿真，其仿真结果如图３所示。
可见，巴特沃斯有源低通滤波器其通带具有在０与
２．５
ｋＨｚ之间最大平坦的特性，阻带衰减是单调的，增
益为４。其仿真结果与理论设计基本一致，验证了所
设计的有源低通滤波器的正确性。
图３交流分析仿真结果
万方数据
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第３５卷第６期
张文俊：基于ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０的有源滤波器的设计与仿真
?研究与
设计?
３结束语
用ＭＦＢ滤波电路进行级联构建的８阶巴特沃斯
有源低通滤波器，是理想滤波器的逼近，通过ＮＩ
Ｍｕｌｔｉ—
ｓｉｍ
１０软件仿真分析，其交流特性符合设计理论。用
此方法可设计任意有源低通、高通、带通及带阻滤波
器，具有普遍意义。
参考文献
［２］远坂俊昭．测量电子电路设计——滤波器篇［Ｍ］．彭军，
译．北京：科学出版社．２００７．
［３］童诗白．模拟电子技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，
２００４．
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Ｅ，希尔伯恩Ｊ
Ｌ．有源滤波器的快速实用设计
［Ｍ］．潘秋明，译．北京：人民邮电出版社，１９８０．
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分析［Ｊ］．安徽理工大学学报：自然科学版，２００４，２４（２）：
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［１
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路。张文俊‘１９８７?’’男’主要研究方向为仿真技术与高频电
技大学出版社，２００３．
。。
Ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ
ａｎ
Ａｃｔｉｖｅ
Ｆｉｌｔｅｒ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＮＩ
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ
１０
ＺＨＡＮＧ
Ｗｅｎｊｕｎ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆ
ＰＬＡ，Ｈｅｆｅｉ
２３００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｔｉｖｅ
ｆｉｌｔｅｒ
ｉｓ
ｗｉｄｅｌｙ
ｆｏｒ
ｓｉｇｎａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｂｅｃａｕｓｅ
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ｉｔｓ
ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．ｓｕｃｈ铀ｓｍａｌｌ
ｖｏｌｕｍｅ，ｌｉｇｈｔ
ｗｅｉｇｈｔ，ｌｏｗ
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ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅ
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（上接第２０页）
Ｔｅｘｔ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｓｅｃｕｒｉｔｙ
Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
Ｐｌａｔｆｏｒｍ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｓｅｍａｎｔｉｃ
ｏｆ
Ｔｅｘｔ
ＬＩ
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（Ｃｈｅｎｇｄｕ
Ｗｅｓｔｏｎ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ
６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ
ｉｓ
ｔｈｅ
ｆｏｃｕｓ
ｏｆ
ｐｅｏｐｌｅ
７ｓ
ａｔｔｅｎｔｉｏｎ。ｆｒｏｍ
ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｂａｓｅｄ
ｓｅｅｎ—
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ｔｏ
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ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ
ｓｃｏｐｅ
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ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ
ｉｓ
ｂｅｃｏｍｉｎｇ
ｍｏｒｅ
ａｎｄ
ｍｏｒｅ
ｌａｒｇｅ．Ａｍｏｎｇ
ｔｈｅ
ｌａｒｇｅ
ｑｕａｎｔｉｔｙ
ｏｆ
ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｍｅ
ｉｌｌ
ｐｉｅｃｅｓ
ｈａｖｅ
ｂａｄ
ｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｎ
ｍａｎｙ
ｐｅｏｐｌｅ
ｉｎ
ｓｅｖｅｒａｌ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗａｙｓ
ａｎｄ
ｆｒｏｍ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ａｓｐｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
ｆｉｌｔｒａｔｉｎｇ
ｏｆ
ｖｉｓｉｔｉｎｇ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｉｓ
ｎｅｃｅｓｓａｒｙ
ａｎｄ
ｉｓ
ａｎ
ｉｍｐｏｒ－
ｔａｎｔ
ａｓｐｅｃｔ
ｏｆ
ｓｅｔｔｉｎｇ
ｕｐ
ａ
ｈｅａｌｔｈ
ｙ
ａｎｄ
ｓａｆｅ
ｎｅｔｗｏｒｋ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
ｍｅｔｈｏｄｓ
ｏｆ
ｔｅｘｔ
ｍｅｓｓａｇｅ
ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
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ｊｕｄｇｅ
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ｌａｙｅｒｓ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｔｈｅ
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ｎｏｔ
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ｓｅｍａｎｔｉｃ
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ｔｈｅ
ｔｅｘｔ，ＳＯ
ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔ
Ｃａｎ—
ｎｏｔ
ｍｅｅｔ
ｔｈｅ
ｎｅｅｄｓ
ｏｆ
ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ
ｗｉｔｈ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｖｅ
ｌｉｎｇｕｉｓｔｉｃ
ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ
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ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ
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ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ
ｓｅｍａｎｔｉｃ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ａｎａｌｙｚｉｎｇ
ｓｅｍａｎｔｉｃ，ｔｈｅ
ｆａｌｓｅ
ｍａｔｃｈｉｎｇｂｙ
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ｗｏｒｄｓ
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ｔｈｅ
ｒｅｃａｌｌ
ｒａｔｅ
ｏｆ
ｓｙｓｔｅｍ
ｍｉｇｈｔ
ｂｅ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｓｅｍａｎｔｉｃ
ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ｗｏｒｄ
ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｔｅｘｔ
ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ
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万方数据