2013级《模拟电子技术》课程设计说明书高阶有源带通滤波器
课程设计评定意见
学院：电气与信息工程学院
适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程
、设计任务
内容及任务
,中心频率1KHZ,通频带
学院：电气与信息工程学院
适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程
摘要
滤波器在现实生活中非常重要，运用广泛，在电子工程、通讯工程、自动化控制等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成运放可以很方便地构成各种滤波器。用集成运放实现的滤波器与其他滤波器相比，稳定性和实用性等性能指标，有了很大的提高。
滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，通过对滤波器的原理以及结构的认识设计一个通带为800Hz?1200Hz增益为2?3倍，中心频率为1000Hz的带通滤波器。确定设计方案，设计选用
UA741芯片作为电路的放大器，计算出该方案需要的电阻、电容、运算放大器参数，再用Multisim 对电路进行仿真，观察电路的幅频特性曲线，然后用AD软件制作带通滤波器电路板，制作完成后，再对电路板进行调试，误差分析，把理论值与测试值进行对比，在误差允许的范围内，证明此次设计的滤波器是成功的。最终得到一个满足课程设计的高阶有源带通滤波器。
关键词：有源；带通；滤波器；UA741;幅频特性曲线
目录
1 概述. (1)
1.1带通滤波器的简介和功能 ................ 错误! 未定义书签。
1.2滤波器的传递函数与频率特性 (1)
1.2.1二阶RC滤波器的传递函数 (1)
1.2.2 滤波器的频率特性 (3)
1.3工作原理 (4)
1.3.1高阶滤波器的工作原理 (4)
1.3.2直流稳压电源的工作原理 (4)
1.4滤波器的主要特性指标 (4)
1.4.1特征频率 (4)
1.4.2增益与衰减 (4)
1.4.3阻尼系数与品质因数 (5)
2 滤波器设计方案....................... 错误! 未定义书签。
2.1高阶有源带通滤波器设计方案 (5)
2.1.1设计思路. (5)
2.1.2 确定设计原理图 (6)
2.1.3 二阶低通滤波电路. (7)
2.1.4 二阶高通滤波电路. (8)
2.2直流稳压电源的设计. (9)
2.2.1直流稳压电源的工作原理. (9)
2.2.2 直流稳压电源电路的选择与分析. (9)
3 设计电路元件参数计算. (10)
3.1 滤波器元件参数选取 (10)
3.1.1 二阶低通部分参数计算. (10)
3.1.2 二阶高通部分参数计算. (11)
3.2 直流稳压电源参数计算 (11)
4 仿真测试和数据分析. (13)
4.1 仿真原理电路图 (13)
4.2 幅频特性曲线分析 (13)
4.3 仿真误差分析 (14)
5 PCB板的制作与调试 (16)
5.1PCB 排板. (18)
5.2 焊接与调试 . ......................... 18 5.2.1 仪器与设备 . ...................... 18 5.2.2
调试 . (18)
5.3 误差分析 . ...........................
结束语 ............................
参考文献 .................................... 致 谢 ....................................... 附 录 .............................
附录 A 元器件清单 . ......................... 18 附录 B
电路原理图 . (20)
附录C 电路PCB 图 (20)
附录 D 实物图 . (20)
19
错误! 未定义书签。
18 18
错误! 未定义书签。
1概述
1.1带通滤波器的简介和功能
滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其他频段信号的电路。
滤波器分为无源滤波器和有源滤波器两种：
①无源带通滤波器：由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成。
②有源带通滤波器：有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小，性能稳等优点，同时由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大和缓冲作用，利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比和选频的目的，因而有源滤波器广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。
从功能来看有源滤波器可分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF、带通滤波器（BPF、带阻滤波器（BEF全通滤波器（APF 。
1.2滤波器的传递函数与频率特性
1.2.1二阶RC滤波器的传递函数
传递函数用来描述滤波电路的特性。传递函数是输出与输入信号电压和电流拉氏变换之比。对于任意复杂的滤波网络，均可分解为若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。因为任意个线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。高阶有源低通滤波电路如图1所示，由图可知，它是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。
图1二阶RC有源低通滤波电路
同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益，即
A A 1 （A VF-1）R1 R1
考虑到集成运放的同相输入端电压为:
电路中由KCL 可得
由式（2）,（ 3）联立得
RC
Q -
3
A
VF
同理可得二阶RC 高通滤波电路的传递函数为式（
路如图2所示：
V
P
（S ）
V
（S ）
A VF 由（4），（ 5），
（6）联立得二阶RC 低通滤波器的传递函数为式
⑺：
A S
2
A
VF c
2
c
2
s
6s c
2
A
o c
2
c
s s s
Q
(7)
V i
（S ）V A
（S ） V A
（S ） V
O (S
)sC
V A
（S ）V P
（S ）
A S
V o
(S)_
V i
(s)
1 (3
A/F
A VF
)SC R
(
sCR )2
(4)
8） ；咼阶有源咼通电
带通滤波器的传递函数为式（9）;带通滤波电路电路如图3所示:
A0Q
"2
(丄)
图2二阶RC高通滤波电路
图3二阶RC有源带通滤波电路
1.2.2滤波器的频率特性
模拟滤波器的传递函数s表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为①的单位信号，滤波器的输出U o jw jw会随输入信号频率的不同而变化，称为滤波器的频率特性。
频率特性jw是一个复函数，其幅值A 称为幅频特性，其幅角表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器
RC节数越多，电路调试越困难。低通滤波器的幅频特性曲线如图4所示，带通滤波器的幅频特性曲线如图5所示。高通滤波器的幅频特性曲线如图6所示，课程小组的这次课程设计，采用一个二阶低通滤波器串联一个二阶高通滤波器构成一个高阶带通滤波器。
图4低通幅频特性曲线图5通带幅频特性曲线
图6高通幅频特性曲线
1.3工作原理
1.3.1高阶RC滤波器的工作原理
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通道，在通带没有增益或者衰减,
并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉。另外，通带外的转换在极小的频率范围内完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能将期望频率范围的所有频率完全衰减掉，尤其是在所需要的带通外还有一个被衰减但没有被隔离的范围。这通带称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
1.3.2直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源包括变压、整流、滤波、稳压四部分组成，电路输入220V的电压，通过变压器变压后，再将其整流成单向脉冲电压，因为整流出来的脉动成分比较大，所以需要将其通过滤波电路进行滤波，将脉动成分滤掉。得到比较平滑的直流电流，但是此时得到的电压值会受到电网电压的被动和负载的影响，得到的电压是不稳定的，所以必须将不稳定的电压进行稳压处理，最后得到稳定的直流电压。
1.4滤波器的主要特性指标
1.4.1特征频率
①通带截频f p p/2为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。
②阻带截频f p p/2为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。
③转折频率f c c/2为信号功率衰减到12（约为3dB）时的频率，在很多情况下，常以
f c作为通带或阻带截频。
④固有频率f c c/2为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。
1.4.2增益与衰减
滤波器在通带内的增益KP并非为常数。对于低通滤波器，通带增益一般是指0处的增益；对于高通滤波器，通带增益一般是指时的增益；对
于带通滤波器，通带增益一般是中心频率处的增益(即 f 1000Hz处的增益)
此次课程小组设计的高阶带通滤波器的增益Av 2515,在要求在2~3之间。
1.4.3阻尼系数与品质因数
阻尼系数表征了滤波器对角频率为0信号的阻尼作用，是滤波器中表示
能量衰减的一项指标。的倒数称为品质因素Q ,是衡量带通和带阻滤波器的
频率选择性的一个重要指标。可以证明：
(10)
电路的品质因数Q有两种测量方法，一是根据公式Q U L/U0 U c/U0测定, U c与U L分别为
f2 f 谐振时电容器C与电感线圈L上的电压；另一种方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度f
Q f o/(f2 f1)求出Q值。式中f 0为谐振频率，当f1与f2是失谐时，即输出电压1，再根据
的幅度下降到最大值的
1 2 0.707倍时的上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路
的选择性越好，其幅频特性曲线如图7所示：
图7幅频特性曲线
2滤波器设计方案
2.1高阶有源带通滤波器设计方案
2.1.1设计思路
考虑到实用性，带负载能力要强，应满足输入阻抗足够高，输出阻抗足够小。根据设计
要求，滤波器的带宽范围从800Hz ~1200Hz，增益Av 2~3倍，阻带衰减频率40dB/10频程的带通滤波电路。本电路可以采用一个二阶低通和一个二阶高通的滤波电路级串联而成。
由图8可看出，当Q值大于0.707时，在巴特沃斯低通高通电路阶数n与增
益G的关系如表1中可知它的增益只能达到1.586，一个二阶低通与一个二阶高通电路进行
级联增益为2.515，所以将带通滤波电路看成两部分，分别求出两部 分电路元件参数，A 也
分成两部分
A
vi
, A V 2, A V 即两部分相乘，
2
Av （1.586） 2.515,基本达到设计要求。
表1巴特沃斯低通高通电路阶数n 与增益G 的关系
图
阶数n
2 4 6 8 8
增益
一阶
1.586 1.152 1.068
1.038
-二二
二阶
2.235
1.586 1.337
阶
低 三阶
2.483
1.889 通
四阶
2.60
1
滤 ___________________________________________________________________________
波电路的幅频响应曲线
2.1.2确定设计原理图
本次设计采用二阶低通滤波电路级联二阶高通滤波电路组成， 滤波电路中两 个运算放大器为UA741芯片。高阶有源带通滤波器原理仿真图如图 9所示；带通 滤波器设计原理图如图
10所示；设计电路的系统框图如图11所示。
图9高阶有源带通滤波器原理仿真图
图10带通滤波器设计原理
图11系统原理框图
用到的UA741芯片的管脚图如图12所示，其中UA741芯片的1脚和5脚为 调零端，2脚为反向端，3脚为同相端，4脚接负电源，7脚接正电源，6脚为输 出端，8脚悬空。实物如图13所示。
图12 UA741管脚图
图13 UA741实物图
2.1.3二阶低通滤波电路
电路前半部分采用压控电压源二阶低通滤波电路过滤通带外高频信号， 电路
中同时引入了正负反馈。当信号趋于零时，由于
C 1的电抗趋于无穷大，因而正
反馈很弱；当信号趋于无穷大时，由于 C 2的电抗趋于零，因而Us 趋于零，只 要正反馈引入得当，就既可能在 f 1/2 RC 时使电压放大倍数增大，又不会因 正反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电压则由集成运放和 R 7和R 8组成的电
压源控制。低通滤波电路如图
14（a ）所示，示波器所显示的幅频特性曲线如图
14 （b ）所示。
取C 1 C 2 0.01uF , R 1 R 2 13.27K 。
设f 1/2 RC ，则低通滤波电路的传递函数如式（12）
A u1
1
(*)j(3
A
u1
)f
f
h
f
h
所以只有当A v <3时，电路才能正常工作，而不产生自激振荡。若取品质因
则通带放大倍数
A V 1 R 8/R 7 1.586
(11)
A
u
数:
A u
f f h 2
—_.2
A ui
则A us=1.586 ,符合A V <3 这一条件，进而R B/R I A V-1 ?0.586。
(a)低通部分滤波器电路图
(b)低通示波器的幅频特性曲线
图14高阶低通部分滤波器电路图和低通的幅频特性曲线
2.1.4二阶高通滤波电路
由滤波器的设计指标要求可知，带通范围是800Hz~1200Hz，所以所设计的高通滤波器的低边截止角频率为800Hz o电路前后半部分采用压控电压源二阶高通滤波电路过滤通带外低频信号。高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，将相应的电容换成电阻，电阻换成电容，就可以得到高通滤波电路。高通滤波电路如图15 (a)所示，示波器所显示的幅频特性曲线如图15 (b)所示。
取C3 C4 0.01uF，R3 R4 19.9K 则通带放大倍数A V 1 R5/R6 1.592
设f 1/2 RC，同样只有当A V <3,电路才能正常工作，而不产生自激振荡。
A us =1.586 ,符合A V <3这一条件，进而R5/R6 A V-1
取品质因数Q=0.707,则
?0.586 o
(a)高通滤波器设计电路图
(b)高通滤波器幅频特性曲线
图15 高通滤波器的设计电路和幅频特性曲线
2.2直流稳压电源的设计
2.2.1 直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源包括变压器，整流，滤波，稳压电路，负载组成，其原理框图如图16 所示：
图16 直流稳压电源原理框图
电路中，首先将电网电压利用变压器得到合适的交流电压，其次将降压的交流电通过整流电路变成单向的脉冲电压，这种直流电的脉动成分比较大，往往需要利用滤波电路将其中的脉动成分滤掉。得到比较平滑的直流电，此时的电压值还会受到电网电压的被动和负载变化的影响，这样的直流电源是不稳定的，最后加上稳压电路部分，使输出的直流电压在电网或负载电流发生变化时保持稳定，从而得到稳定的直流电压。
2.2.2直流稳压电源电路的选择与分析
单相桥式整流电路与半波整流整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高，变压器利用率高，脉动小等有点，因此在设计中选用单向桥式整流电路，桥式整流过程如图17 所示
图17 桥式整流电路
滤波电路中，经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉，尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量，可以利用电容两端电压不能突变或经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起到滤波的作用。
稳压电路中由于滤波后的直流电Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影
响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须给滤波电路和负载一直
， 2011 ~ 2012学年第二学期 《RC有源滤波器的设计》课程设计报告 题目：RC有源滤波器的设计 专业：自动化 班级： 10自动化（2） 姓名：张乐夏安姚培郑雷 指导教师：江春红 电气工程系 2012年5月25日
1、任务书
摘要 随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。 滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个能够低通、高通、带宽、阻带等多种形式的滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的元件，焊接出具体的实物，并在实验室对事物进行调试，观察效果是否与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。
目录 第一章RC有源滤波器总方案设计 (5) 1.1 方案框图 (5) 1.2 子框图的作用 (5) 1.3 方案选择 (5) 第二章 RC低通有源滤波器的设计 (7) 2.1低通滤波器的电路设计 (7) 2.2低通滤波器的设计原理 (7) 2.3 参数选择 (7) 2.4 仿真 (7) 2.5 小结 (9) 第三章 RC高通有源滤波器的设计 (10) 3．1 高通滤波器的电路设计 (10) 3.2 高通滤波器的设计原理 (10) 3.3 高通滤波器的设计参数 (11) 3.4 仿真...... . (11) 3.5 小结 (12) 第四章 RC带通有源滤波器的设计 (14) 4.1RC有源带通滤波器的设计 (14) 4.2C有源带通滤波器的设计原理.. .............. . (14) 4.3 参数计算 (14) 4.4 仿真 (14) 4.5 小结 (16) 第五章 RC带阻有源滤波器的设计 (18) 5.1 有源带阻滤波电路的设计 (18) 5.2 有源带阻滤波电路的设计原理. (18) 5.3 参数计算 (18) 5.4 仿真 (18) 5.5 小结 (20) 总结与体会 (21) 参考文献 (21) 附录 (22) 答辩记录及评分表 (23)
有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州
摘要 该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容： 1．确定有源滤波器的上、下限频率； 2．设计符合条件的有源带通滤波器；- 3．测量设计的有源滤波器的幅频特性； 4．制作与调试； 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency
四川大学 电子信息专业实验报告 课程射频通信电路 实验题目射频实验 实验人许留留 2012141451075 实验时间周一晚上 带通滤波器
要求： 通带频率：4.8-5.2GHz 通带内波纹：<3dB 阻带抑制：>30dB （5.3GHz 处） 输入输出阻抗：50Ω 介质基板相对介电常数：2.65 计算过程： f 0=2f f L +H =5GHz Ω=??? ? ??f -f -f f f f f 000L H =1.467 按照设计要求，需要选用3dB 等波纹契比雪夫低通滤波电路。在归一化频率Ω=1.467处，需要具有大于30dB 的衰减。因此，要满足设计要求必须选用5阶 滤波电路。 设计电路图如下
采用优化的方式。 仿真步骤： 用微带线连接电路图，参数TL1=TL2，w=2.69mm，l=10.03mm （用ADS自带软件算出）。
由于CLin1=CLin6，CLin2=CLin5，CLin3=CLin4。设置9个变量L1，L2，L3；W1，W2，W3；S1，S2，S3。单位为mm。在V AR 1，中同样添加，初始值w设为1，l设为10，s设为1（l的长度约为 4 w和s大于0.2mm）。调节范围设置，L（9-11），W（0.2-3），S（0.2-3）。 从4GHz开始，到6GHz结束，步长为10MHz。 波形与带通滤波器较为形似则继续。
用OPTM来优化波形，设置两个GOAL，使频率在4.8-5.2GHz 间波纹大于-3dB，同时在5.3-5.4GHz间衰减小于-30dB。 按下仿真键开始仿真出现以下结果 波形图如下
广东工业大学课程设计任务书 题目名称有源滤波器设计 学院 专业班级 姓名 学号
摘要 滤波器（filter）是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到的纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。带通滤波器（band-pass filter）是指能通过某一频率范围内的频率分量，能将其他范围分量衰减的设备。一个理想滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉。另外，通带外的转换在技校的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器，因为并不能将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在索要
的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围，这通常被称为滤波器的滚降现象，使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而随着滚降范围越来越小，通常就变得不再平坦-开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应被称为吉布斯现象。 带通滤波器能够广泛应用在电子学和信号处理领域，本文重点介绍了带通滤波器的工作原理以及设计方法，介绍了带通滤波器的工作原理并设计了一个带通滤波电路，并给出了系统的电路设计方法和主要模块的原理分析。由实验结果可知，该滤波器具有良好的滤波效果，并能稳定运行。 关键词：带通滤波器 multisim 设计 目录 前言 (4) 第一章二阶带通滤波器设计的内容和要求 (5) 第二章电路设计 (6) 一、正弦波产生电路设计 (6)
目录 一．设计概述 二．设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三．设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四．所用器件 五．实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六．实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献
一．设计概述 根据允许的通过的频率范围，可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器4种。其中，带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过，其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中，信号能够通过的范围成为通频带或通带，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带，通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器，通带范围内则完全平坦，对传输信号基本没有增益的衰减作用，其次，通带之外的所有频率均能被完全衰减掉，通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW，上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下，为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力，可采用固定带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多场合，固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化，其中，参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器，经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二．设计任务及要求 1）设计任务 带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性，设计一个带宽检测电路，通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2）设计要求 （1）性能指标要求 1.输入信号：有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW
实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线
两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二
电气工程学院 有源低通滤波器课程设计 设计题目：有源低通滤波器设计 学号： 姓名： 同组人： 指导教师： 设计时间：2012年11月20号 设计地点：电气学院实验中心
姓名学号 课程设计题目：有源低通滤波器设计 课程设计答辩或提问记录： 成绩评定依据： 课程设计预习报告及方案设计情况（30％）： 课程设计考勤情况（15％）： 课程设计调试情况（30％）： 课程设计总结报告与答辩情况（25％）： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年月日
学生姓名：指导教师： 一、课程设计题目： 有源低通滤波器设计 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排 1．时间安排 序号内容学时安排（天） 1 方案论证和系统设计 1 2 完成电路仿真，写预习报告 1 3 电路调试 2 4 写设计总结报告与答辩 1 合计 5 设计调试地点：电气楼410 2．执行要求 课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。
摘要 滤波器用于对信号的频率具有选择性的电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，有源滤波器被广泛用于信息处理、数据传送等电路中。在对二阶有源低通滤波器的原理进行分析的基础上，采用2个2阶低通滤波电路级联的方案，设计了基于巴特沃斯逼近的4阶有源低通滤波器。在Multisim软件中使用虚拟示波器、波特图示仪等设备，对设计的滤波器的交流特性进行仿真，并对仿真结果进行了分析，其交流特性符合理论设计，具有一定的参考价值。 关键词：滤波器，有源低通，巴特沃斯，multisim Abstract Abstract：Filter is the circuit which has a selective for the frequency of signals，its function is to make a specific range offrequency through．Source filter is widely used for information processing and data transmission circuit．Based on the analysis of principle of 2nd Source low passed filter，by using the Scheme of cascading two 2nd source low-passed filter and themethod of examining the table，the 4nd source low-passed filter based on Butterworth is designed．By using the oscilloscopeand Bode plotter in Multisim ，the AC Features of this Filter was Simulated，and the sim ulation results were analyzed，it SAC features met with theory design and has certain reference value． Key words: Source low—passed filter，Butterworth，Multisim
广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师
《综合设计性实验》预习报告 实验项目：选频网络的设计及应用研究 一 引言： 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的： （1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。 （2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 （3）学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理： 带通滤波器： 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π
通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容： 设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题： （1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 （2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器
滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。 例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：
长沙学院 电子技术 课程设计说明书 题目有源高通滤波器设计系(部) 电子信息与电气工程系专业(班级) 光电2班 姓名 学号2013041216 指导教师 起止日期2015.6.1-2015.6.5
模拟电子技术课程设计任务书
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一、有源高通滤波器的广泛应用 (5) 二、 LM741EN芯片引脚功能及其应用 (5) LM741芯片引脚和工作说明： (5) 三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理 (6) 1.滤波电路 (6) 2.集成运放电路和反馈电路 (6) 3.二阶有源高通电路框架图： (7) 四、有源高通滤波电路的设计 (8) （1）设计方案 (8) （2）元器件参数计算和选择（截止频率的选定） (8) （3）对设计的电路进行仿真调试 (9) ①仿真电路 (9) ②波特图幅频特性 (10) ③波特图相频特性 (10) ④输入波形与输出波形比较（红色为输入波形，蓝色为输出波形） (11) 五、有源高通滤波电路的扩展和改良 (13) 四阶有源高通滤波电路 (13) 利用记录仪观察波形数据 (13) 六、实训总结 (14) 七、参考文献 (14)
一、有源高通滤波器的广泛应用 滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。 二、LM741EN芯片引脚功能及其应用 LM741EN是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。可广泛应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。 LM741EN引脚图 LM741芯片引脚和工作说明： 1和5为偏置(调零端) 2为正向输入端 3为反向输入端 4接地 6为输出 7接电源 8空脚
二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络
目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)
有源滤波器实验报告文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
实验七集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图7－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图7－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图7－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。
目录 1 设计相关知识介绍[1] (1) 1.1 谐波基本概念 (1) 1.2 谐波主要危害 (1) 1.3抑制谐波方法 (1) 2 APF的基本工作原理[2] (2) 3 APF基本组成部分 (5) 3.1 主电路 (5) 3.1.1 P WM控制的基本原理[3] (5) 3.1.2主电路结构 (7) 3.2 指令电流运算部分[4] (8) 3.2.1瞬时无功理论定义 (8) 3.2.2基于瞬时无功理论检测法 (9) 3.3 电流跟踪控制部分[3] (11) 3.3.1电流滞环控制原理 (11) 3.3.2三相电流滞环控制原理 (12) (13) 图3-10 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形 (13) 3.4 驱动电路[5] (13) 4 心得体会 (14) 参考文献 (15)
1 设计相关知识介绍[1] 1.1 谐波基本概念 1882年，法国数学家傅里叶指出，一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工标准定义谐波为：谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的H次分量。把谐波次数的H定义为：以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准定义谐波为：谐波为一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。 1.2 谐波主要危害 谐波研究与治理对于现代工业生产意义重大，这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率，而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统，谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生振动和噪声，还可以产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至发生故障或烧毁。 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性，而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰，也是谐波的主要危害之一。 谐波污染是电力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效研究。 因此，谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。 1.3抑制谐波方法 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍的增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电能质量受到人们的日益重视。于是各国纷纷出台措施，制定相关标准。目前滤波是治理电网污染的有效方法，滤波就是将信号中特定的波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。它分为无源滤波和有源滤波。(1) 无源滤波
带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L │A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。 高阶LC滤波器设计的仿真与实现 ( 海格通信产业集团 高迎帅) 摘要：本文以椭圆低通滤波器设计为例，讲述了LC滤波器设计的基本思路和方法，并仿真和工程实现的几点差异。通过实验测试分析了产生差异的原因，并提出了几点进行高阶滤波器设计应当注意的几点细节问题。 关键词：椭圆低通滤波器、阻带衰减、辐射干扰 前 言 在射频电路设计中，滤波器是最基本的单元之一。在我们的产品中有很多不同种类不同用途的滤波器，例如LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等等，无论是什么形式的滤波器，他们的作用是相同的，就是在保证有用信号顺利通过的同时尽可能地抑制带外无用信号。其中，LC滤波器是应用最广泛的滤波器形式之一。在滤波器设计中出现的问题多数是共性问题，因此在下文中，我们主要以LC滤波器中的椭圆低通滤波起来进行讨论。 滤波器的性能指标 滤波器的性能可以使用几种指标参数来衡量。在这里，我们首先简单说明一下椭圆低通、滤波器的几种参数的定义。下图是一个标准的椭圆滤波器的传输曲线，通常，我们使用S参数来表示无源滤波器网络的各项特性，其中S21是我们最关心的一种特性，即前向功率传输特性。 图1 滤波器参数定义 滤波器的仿真设计 关于椭圆低通滤波器的数学表示和设计公式推导就不再详细说明了。在这里主要介绍使用工程的方法进行滤波器的方法。在进行滤波器设计时，首先根据电路的需要订制滤波器的各项指标，如通带宽度、带内波动、阻带衰减等，然后通过查表计算或者使用相关的EDA软件进行电路参数确定。将得出的参数输入计算机使用软件进行波形仿真，进行参数的仔细调整。在这里，我们以接收机前端低通滤波器的设计为例。要求参数如下： 1、通带宽度：31.5MHz 2、带内波动：≤1dB 3、带内损耗：≤1.5dB 4、阻带衰减：≥80dB 使用EDA软件FILTER进行设计，可以得到滤波器的电路参数如下： 图2 仿真设计结果 仿真波形如图一所示。需要注意的是在以上电路参数中，电感和电容的值不一定是标准系列的值。对于电感来说，我们可以取最相近的值，误差应小于10%，否则，滤波器的特性将会有较大的变化。对于电感的小的偏差，可以通过微调与其形成谐振的电容的值来补偿，保证对应的谐振点F(LC)不变。对于指标要求较高的滤波器，采用可调电感可以得到准确的设计值，但是在调试阶段必须进行仔细调整，这将占用比较多的调试时间。在上例中，电感应当使用可调电感。对于电容值的选取，通过并联的方法总可以以很小的误差得到需要的值。 实验七 集成运算放大器的基本应用(n )—有源滤波器 一、 实验目的 i 熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、 实验原理 (a )低通 (b )高通 (c)带通 (d )带阻 图7—1四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过， 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。 可用在信息处理、数据传输、 抑制干扰等方面，但因受运算放 大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通 (LPF)、高通 (HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图 7— 1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的， 只能用实际的幅频特性去逼近理想的。 一般来说，滤波 器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高 ，幅频特性衰减的速率越快，但 RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有 滤波器级联实现。 1、低通滤波器(LPF ) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号 如图7— 2 (a )所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路 组成，其中第一级电容 C 接至输出端，弓I 入适量的正反馈，以改善幅频特性。图 7—2 (b )为二阶低 通滤波器幅频特性曲线。 (a) 电路图 图7—2二阶低通滤波器 电路性能参数 ―1奈二阶低通滤波器的通带增益 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 (b)频率特性 1 2 T RC 模拟电子技术课程设计报告书 课题名称 四阶有源高通滤波器 姓 名 邓平 学 号 1012201-29 学 院 通信与电子工程学院 ※※※※※※※※※ ※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2010级电子信息工程 模拟电子技术课程设计 专业电子信息工程专业指导教师胡赛纯 2011年 12 月12日 四阶有源高通滤波器电路的设计 1设计目的 （1）初步掌握一般电子电路设计的方法，得到一些工程设计的初步训练，并为以后的专业课学习奠定良好的基础。 （2）利用教材中有源滤波器的理论知识，并查阅必要的资料设计一个四阶有源高通滤波器。 （3）通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融会贯通，在认识上产生一个飞跃。 2 设计思路 （1）设计二阶高通滤波器的电路图，计算出电路元件的参数。 （2）在二阶高通滤波器电路的基础上，将两个二阶高通滤波器电路串联，得到一个四阶有源高通滤波器电路。 （3）将设计好的电路图放到Multisim仿真软件中进行仿真 （4）观察滤波器的幅频特性和测量技术指标参数 3 设计方案 3.1 二阶高通滤波器电路 图1是一个无源二阶高通滤波器电路，为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路，组成二阶有源RC高通滤波器。高通滤波电路的传递函数为: 2 00 2 2 00 ()()()/i U s s H s A U s s sw Q w ==++ 图1 是一个二阶高通滤波器 其传输函数为： 2 2 ()()1(3)() v vp vp sCR A s A A sCR sCR =?+-+ 通带放大倍数： 1 1f up R A R =+ 截止频率： 1 2p f RC π= 品质因数： 13up Q A = - 3.2 四阶高通滤波器电路 四阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过，通过两个二阶高通滤波器电路的串联可得一个四阶高通滤波器电路。下图是四阶高通滤波器的 带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率，根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率，换算抑制频率与截止频率的比值，得出m 的值，然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言，引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入，输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器（如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer ）在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟（group delay ）。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候，描述比较简单，XL=L, XC=1/C ，计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征：通带平坦，阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢，直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ，其中，n 表示滤波器的阶数，octave 表示是频率的加倍。例如，3阶滤波器，将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化，使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点，这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式（Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ） ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值，以dB 为单位；Ω为抑制频率与截止频率的比值 例：假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有： 95.91020*1.0==Cn ；Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此，滤波器的阶数至少应该为4 有源模拟带通滤波器的设计 时间：2009-08-2110:51:10来源：电子科技作者：张亚黄克平 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 1滤波器的结构及分类 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 文中结合实例，介绍了设计一个工作在低频段的二阶有源模拟带通滤波器应该注意的一些问题。 2二阶有源模拟带通滤波器的设计 2.1基本参数的设定 二阶有源模拟带通滤波器电路，如图1所示。图中R1、C2组成低通网络，R3、C1组成高通网络，A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路，三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器，以下均简称为二阶带通滤波器。 根据图l可导出带通滤波器的传递函数为 令s=jω，代入式(4)，可得带通滤波器的频率响应特性为 波器的通频带宽度为BW0.7=ω0／(2πQ)=f0／Q，显然Q值越高，则通频带越窄。高阶LC滤波器设计的仿真与实现
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