湖南文理学院
课程设计报告
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有源高通滤波电路
目录
第一章简介
1.1 设计要求 (3)
1.2 设计作用与目的 (3)
1.3 所用仪器设备 (4)
第二章设计原理
2.1 设计方案及方案选择 (5)
2.2 模块电路设计及分析 (6)
2.3 总体设计 (10)
2.4 元件参数 (11)
第三章设计硬件及软件过程
3.1 Multisim仿真图 (13)
3.2 仿真结果 (14)
3.3 系统调试结果分析 (16)
第四章总结与展望
第一章简介
1.1设计要求
有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路应包括：滤波电路；集成运放；反馈电路，三个部分。滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。通过对有源滤波电路的探究，设计了一四阶有源高通滤波电路。在Multisim 10软件中进行仿真实验，对电路的频率特性和不同频率下输出的信号进行了分析，电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号，对频率100Hz以上的电压信号有放大作用。最终结果基本达到了预期要求。
1.2设计作用与目的
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。
1.3 所用仪器设备
表：有源高通滤波电路明细表
序号代号名称规格数量备注
1 R1、R2、R3、R4 电阻 4.7kΩ 4
2 R5 电阻18 kΩ 1
3 R6 电阻 5 kΩ 1
4 R7 电阻 2.7 kΩ 1
5 R8 电阻 6.2 kΩ 1
6 C1、C2、C3、C4 电容0.33μF 4
7 U1、U2 运放OP07 2
第二章 设计原理
2.1 设计方案及方案选择
有源高通滤波器应分为三部分：滤波电路；集成运放；反馈电路。滤波电路由R 、C 元件组成。而集成运放和反馈电路构成了同相比例器或反相比例器。选择不同的电路单元便有不同的设计方案。
2.1.1 方案一：二阶有源高通滤波器
二阶有源高通滤波器由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。其方框图如图2.1所示。
从方框图可以看出：二阶高通有源滤波器主要由RC 网络；集成运放；反馈网络几部分组成。输入信号通过RC 网络选频，滤除或衰弱无用的频率信号成分，保留有用信号成
分。保留下来的信号成分通过集成运放和反馈网络进行放大，最后完整的输出。
2.1.2 方案二：四阶有源高通滤波器
由前面分析可知，二阶有源高通电路能滤除无用频率信号。而四阶有源高通滤波电路可由两个二阶高通滤波电路级联而得到。 则由图2.2可推断：四阶有源高通滤波器工作原理,输入
信号经过电路第一级进行滤波，滤除、衰弱无用频率信号成分，有用成分被放大并被输入到电路第二级，再一次进行滤波和放大后，最后有用频率信号成分被完整输出。
集成运放
信号输出
反馈网络
图2.1 二阶有源高通电路框架图
RC 网络
信号输入
信号输入
二阶滤波电路
二阶滤波电路
信号输出
图2.2 四阶有源高通电路框架图
2.1.3 有源高通滤波器设计方案选择
滤波器的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的截止频率（没有特殊的说明时一般为-3dB截止频率），通带传输增益。阻带指标为带外传输增益的衰减速度。
根据前面的设计分析，可设计出简单高通滤波电路和高阶高通滤波电路。由于二阶高通滤波器滤波效果不够好，幅频特性衰减率较低，而阶数过高则电路复杂，成本较高。因此，采用四阶有源高通滤波电路比较合理。
2.2 模块电路设计及分析
设计电路时应先考虑电路的总体结构。信号要有选择的被滤除，最主要的是滤波电路的设计。而信号被筛选之后，最好应有一定的放大，这样才能保证有完整的输出。因此，应先分析有源高通滤波器的框架图，再设计各单元电路，接着是总体电路的整合，最后是元器件参数的设计分析。
一，有源高通滤波器的基本组成
滤波器是一个二端口网络，实现对输入信号的某些频率选择性通过的功能，而使其它频率的信号受到衰减或抑制。实现这些功能的网络是振荡回路，即由RLC元件或RC元件构成的滤波器，也可以是由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。然后通过有源器件集成运放放大，实现滤波放大功能。
理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带，在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。
根据滤波器基本原理，易知有源高通滤波器的基本组成是：RC选频网络；集成运放；反馈网络。
首先输入信号接入电路，通过滤波电路进行滤波，滤除截止频率以外的信号。然后通过集成运放电路，实现信号放大。为了保证集成运放工作在线性区和稳定输出电压，电路中引入了反馈电路。最后系统输出滤波后的信号。
各单元电路的作用：
1、RC网络的作用
在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。
2、放大器的作用
电路中运用了运放，同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。而反相放大器输入阻抗低，输出阻抗高。
3、反馈网络的作用
将输出信号的一部分或全部通过电路反送到输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。
二，滤波电路部分设计
根据放大电路的频率响应，由于电抗元件及半导体管极间电容的存在，当输入信号频率过低或过高时，导致放大倍数数值变小，产生超前或滞后的相移。对于高通滤波电路，当信号频率较低时，耦合电容和发射极电容很大，分压作用不可忽略。由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不可忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。
RC网络在电路中起着重要的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着
至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。
1、一阶高通滤波电路图如图2.3所示。
由KCL分析得：
1
11
1
o
U
i
R
U
A
U R j
j c RC
ωω
?
?
?
===
+-
式1；
R
C
Ui Uo
图2.3一阶高通滤波电路
令1l RC ω=
, 有：1
22l l f RC
ωππ== 式2；
带入式1可得： 211ar 11()l
U l l f ctg A f f j
f f f
?=
=∠+-+ 式3； 则幅频特性：2
11(/)
u l A f f =
+ ， 有：2
20lg 20lg 1(/)u l A f f =-+ 式4；
相频特性：l
f arctg
f
?= 式5； 由以上各式可知：若l f
f ，有
1l f f
，则:20lg 0u A ≈，00?=；若l f f ，有
1l f f
，
则：20lg 20lg
20lg l u l
f f
A f f =-=，090?=；若l f f =，有1l f f =，则：20lg 3u A =-，045?=。
2、高阶滤波电路可以由低阶滤波电路级联而成，由此可得二阶高通滤波电路图如图2.4所示。
分析可得其传输函数:
1
2121
22
1
1111
(
)//=
1o U i
jwc R R jwc jwc U A U R jwc ?
?
?
-
?
++=+
式6；
由以上分析可得，一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，过渡带较宽，幅频特性衰减小，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。增加RC 环节，变成二阶高通可加大衰减斜率。三阶以上滤波器可由一阶和二阶滤波器级联而成。
图2.4 二阶高通滤波电路
C1
C2
R1
R2
Uo
Ui
三，集成运放加反馈电路部分设计
集成运放应用在信号的运算和处理中，以输入电压为自变量，以输出电压作为函数。当输入电压变化时，输出电压将按一定的数学规律变化，即输出电压反映输入电压某种运算的结果。
为了实现本设计的通频带放大增益，对于基于理想运放的放大电路，采用“虚短”和“虚断”的分析方法，运放电路中应引入负反馈，使净输入量趋于零，才能保证集成运放工作在线性区。
为了稳定输出电压，引入电压负反馈。运放电路的特征是从集成运放的输出端到其反相输出端存在反馈通路。根据设计要求，输入端是信号电压源，输出端要求得到稳定的电压，因此放大电路中应引入电压串联负反馈或电压并联负反馈。根据以上分析，可得电路设计如下：
1） 同相比例运算电路：
根据“虚短”和“虚断”的分析方法， 有
p N i
U U U ==,净输入电流为零，因而可解得输出电压和输入电压关系：
11
0(1)N O N
f
f O i
U U U R R R U U R --==+
式7；
2） 反相比例运算电路：
根据“虚短”和“虚断”的分析方法,
R 2
U i
R 1
U o
U 图2.5同相比例运算电路
由输入电流为
P N i i ==,可得
p N U U ==为“虚地”，即可得：
1f
R R i i =;
1i N N o
f
U U U U R R --= 式8；
整理可得输出电压和输入电压关系：
1
f o i
R U U R =-
式9；
由以上分析可知，两个运算电路特点如下:
1) 反相比例运算电路引入了深度电压负反馈，且1AF +=∞，输出电阻0o R =。尽管理想运放电路的输入电阻为无穷大，但是由于电路引入的是并联负反馈，故其输入电阻不大。
2）同相比例运算电路具有高输入电阻、低输出电阻的特点。
2.3 总体设计
滤波器的设计任务是根据给定的技术指标选定电路形式和确定电路的元器件。滤波器的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的截止频率（没有特殊的说明时一般为-3dB 截止频率），通带传输增益。阻带指标为带外传输增益的衰减速度。
根据前面的分析，可设计出简单高通滤波电路和高阶滤波电路。采用反相输入设计时，
Ui
R1
Uo
U
R3
R2
图2.6 反相比例运算电路
系统的传输函数较复杂，故采用同相输入设计。由于二阶高通滤波器滤波效果不够好，幅频特性衰减率较低，而阶数过高则电路复杂，成本较高。因此，采用四阶有源滤波电路比较合理。
2.4 元器件参数设计
实际滤波器的基本参数：理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带，在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。
理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，故需用更多参数来描述。
理想滤波电路的频率响应在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。实际的滤波电路往往难以达到理想的要求。如果同时在幅频和相频响应两方面都满足要求就更为困难。
巴特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，本次设计采用巴特沃斯有源高通滤波电路。
设计截止频率100f Hz =的高通滤波器。电容器C 的容量应在微法数量级，电阻的阻值应在几百千欧以内。现选择电容大小1234C C C C 0.33F μ====。
则根据公式可得：
12341
R 4.82R R R k RC
π====
≈Ω 选择标准电阻 4.7R K =Ω,这与计算值有一点误差，可能导致截止频率比额定频率稍有升高。
根据巴特沃斯低通，高通电路阶数与增益之间的关系VF1A 1.152=，VF2A 2.235=，因此总的通带增益 1.152 2.235 2.575O A ?
=?≈。
在选择R5，R6，R7，R8时，为了减少偏置电流的影响，应尽可能使加到运放同相端对地的直流电阻与加到反相端对地直流电阻基本相等。
现选5R 18 k =Ω，6R 5 k =Ω， 则根据已知增益可算出:
7(1.1521)59.42R R k =-?=Ω
()86R 2.2351R 24.7k =-?=Ω
第三章 设计硬件及软件过程
Multisim 美国国家仪器（NI ）有限公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。它提供了仿真实验和电路分析两种仿真手段，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真、分析和设计。
Multisim 是一种优秀而易学的EDA （电子设计自动化）软件，与其他仿真分析软件相比，EWB 的最显著特点就是提供了一个操作简便且与实际相似的虚拟实验平台。他几乎能对“电子技术”课程中所有基本电路进行虚拟实验，虚拟实验过程和仪器操作方法与实际相似，但比实际方便、省时。它还能进行实际无法或不便进行的试验内容，通过储存和打印等方法可精确记录实验结果。它提供十多种电路分析功能，能仿真电路实际工作状态和性能。
应用Multisim ，便于实现边学边练的教学模式，使“电子技术”课程的学习变得更有趣而容易。
针对电路的仿真及其性能的分析。在Multisim 10中画出仿真图，利用相关测量工具对其性能进行仿真测试，通过对仿真测试结果的分析，了解电路性能是否达到预期要求。
3.1 Multisim 仿真图
在Multisim 中画出设计的电路图如图3.1所示。
用2V 交流电源（频率可变）作为输入信号，在电压信号幅值不变的前提下，改变其
图3.1 Multisim 电路图
U1
3
2
4
8
1
U2
5
6
4
8
7
R1
4.7k
R2
4.7k
R3 4.7k
R4 4.7k
R5
18k
R6 5k
R 2.73k
R8 6.2
C1 330nF
C2 330nF
C3 330nF
C4 330nF
GND
1
2
6 5
8
7 Ui Uo
V1 2 Vrms
50 Hz 0°
GND
4
10
1
频率，便可测得电路对不同频率的信号的滤除作用。
在电路图的基础上加入示波器和扫频仪以测量电路输入输出波形以及相频，幅频特性。得到电路图如图3.2所示。
3.2 仿真结果
具体仿真测试结果如下： 1）波特图幅频特性
由图 3.3可以看出，当f 小于102.563Hz 时，20lg
Vo
Vi
随f 升高而增大。则表明频率越接近102.563Hz ，信号就能通过电路放大并能有完整输出。则截止频率约为100Hz 。与预期要求相符。
2）波特图相频特性
由图3.4可以看出：截止频率约为102.563Hz,与设计的100Hz 相差不大。
3）当输入频率为20Hz ，2V 的交流
U1
3
2
4
8
1
U2
6
4
8
7
R1
4.7k
R2
4.7k
R3
4.7k
R4
4.7k
R5
R6 5k
2.73k
R8
6.2k
C1
330nF
C2
330nF
C3
330nF
C4
330nF
GND
1
2
6
5
8
7
Ui
Uo
V1
2 Vrms 50 0°
GND
4
XSC1
A
B
Ext Trig
+
+ _
_
+
_
XBP1
I OUT
11
10
图3.2 Multisim 仿真电路图
图3.3 扫频仪幅频特性曲线
信号时，示波器输入输出波形如图3.5所示。
(红色为输入波形，黄色为输出波形)
由图可以看出，当输入信号频率为20Hz 时，输入电压为2V ，而输出电压仅有毫伏级别。则信号被大大衰弱，达到了滤波作用。而20Hz 小于100Hz ，与预期结果相符。
4) 当输入频率100Hz,2V 流信号时，输入输出波形如图3.6所示。(红色为输入波形，黄色为输出波形)
当输入信号的频率等于截止频率100Hz 时，输入信号能通过电路被放大输出。仿真测量表明，当输入信号频率小于截止频率时，频率越接近截止频率，电压放大倍数越大，与设计要求相符。
5) 当输入频率为200Hz,2v 交流信号时，输入输出波形如图3.7所示。
(红色为输入波形，黄色为输出波形)
当输入信号大于截止频率时，信号能通过电路并能放大输出，可算出放大倍数为 2.576，与预期相差不大。
6） 在Multisim 中利用电压表测量不同频率输入信号的输出幅
图3.5 f=20Hz 时 示波器特性曲线
图3.7 f=200Hz 时 示波器特性曲线
图3.6 f=100Hz 时 示波器特性曲线
值，如表1所示。
3.3 系统调试结果分析
前面已算出：VF1A 1.152=，
VF2A 2.235=。
由此可求出:
11
1
0.541
3VF Q A =
≈-22
1
1.313VF Q A =≈-
由于Q1<0.707,第一级曲线没有峰值；第二级由于Q2>0.707，在fc=100Hz 附近出
现峰值。而总的增益是各级增益的乘积，因此总的幅频响应曲线消除了峰值，使四阶电路幅频响应的平坦部分得到扩展，体现了巴特沃斯高通滤波电路的特点。
从表1中可以看出：当输入信号小于截止频率时，电路对输入信号起阻隔作用，但并不能完全阻隔信号输入；当输入信号大于截止频率时，电路对输入信号有放大作用，当输入信号的频率达到一定值时，电压增益稳定为2.5795。
从示波器仿真结果可知：当输入信号小于截止频率时，随着频率的增大输出信号越完整越稳定，电压增益越大。当输入信号频率小到一定值时，信号被阻隔，无输出信号。当输入信号大于等于截止频率时，信号被放大，有完整输出。因此，此有源高通滤波电路达到了预期要求，能够起到对低频信号衰弱，阻隔的作用。
从仿真结果可知此有源高通滤波电路能达到预期效果。
设计还存在很多不足。由于分析运算放大器时，是将运放当成理想运放来考虑的，实际中会有些许偏差。实际电路中会与设计中的一些电阻或电容的参数有些偏差，可能导致截止频率少许偏高或偏低。另外，对于高于截止频率的信号，虽然电路能完整的输出并一定的放大，但是会有或多或少的相位移。
若能很好的控制电路元器件的参数使电路完整输出高于截止频率的信号成分并不产
表1：不同频率输入信号的增益
f(Hz) Ui(V) Uo(V) Au 20 2 0.0074 0.0037 40 2 0.1192 0.0596 60 2 0.6002 0.3001 80 2 1.7960 0.8980 100 2 3.4790 1.7395 200 2 5.1530 2.5765 500 2 5.1590 2.5795 1000 2 5.1590 2.5795 2000
2
5.1590
2.5795
生较大相位移，则有源高通滤波电路的功能就会更趋于理想状态。
第四章总结与展望
四阶有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，有效衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路应包括：滤波电路；集成运放；反馈电路，三个部分。滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。四阶有源高通滤波电路是由两节二阶滤波电路级联而成，其幅频特性曲线更接近理想特性。
在Multisim 10软件中进行仿真实验，对电路的频率特性和不同频率下的输出信号进行了分析，电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号，能完整传送频率100Hz 以上的电压信号，并对其有一定放大作用。最终结果基本达到了预期要求。
设计还存在很多不足。由于分析运算放大器时，是将运放当成理想运放来考虑的，实际中会有些许偏差。实际电路中会与设计中的一些电阻或电容的参数有些偏差，可能导致截止频率少许偏高或偏低。另外，对于高于截止频率的信号，虽然电路能完整的输出并一定的放大，但是会有或多或少的相位移。
若能很好的控制电路元器件的参数使电路完整输出高于截止频率的信号成分并不产生较大相位移，则有源高通滤波电路的功能就会更趋于理想状态。
参考文献
[1] 彭介华.《电子技术课程设计指导》[M].北京:高等教育出版社.2005.
[2] 康华光.《电子技术基础模拟部分（第五版）》[M].北京:高等教育出版社.2006.
[3] 王连英. 《基于Multisim10的电子仿真实验与设计》 [M].北京:北京邮电大学出版社.2009.
致谢
首先要感谢父母提供这么好的学习环境，若没有父母的养育便没有今天的我，更谈何学习与设计。二十年来，父母无微不至的关心与照顾让我一直感到无比幸福。为了报答父母的恩情，一定要好好学习专业知识，为将来工作打下扎实的基础。
接着要感谢学校，学校一直给我们提供良好的学习环境，让我们在实践中学到更多实际的知识。然后要感谢指导老师戴正科老师细心的指导让我收获颇多为我们详细、耐心的为我们讲解各种问题；还要感谢提供帮助的学长们；最后要感谢那些和我一起完成实习的同学们，相互间的交流确实使问题变得简单很多。
前言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅仅要将理论只是学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。 对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过，而且其电路性能稳定，增益容易调节。利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。例如：无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的低通滤波器，当另外一个房间中播放音乐时，很容易听到音乐的低音，但是高音部分大部分被过滤掉。 我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。
第一章设计任务 1.1二阶低通滤波器题目要求 a)设计截止频率f=2kHz的滤波器 b)输出增益Av=2 c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法
有源滤波电路 滤波器的用途 滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中无用频率，即抑制无用信号的电子装置。 例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R 、C 等无源元件而构成的。 低通滤波器（LPF ） 高通滤波器（HPF ） 带通滤波器（BPF ） 带阻滤波器（BEF ）有源滤波电路的分类
低通滤波器的主要技术指标 （1）通带增益A v p 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率f p 其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。
一阶有源滤波器 电路特点是电路简单，阻 带衰减太慢，选择性较差。 1 01R R A A f VF + == ) (11)(s V SRC s V i P ?? +=∴SRC A s V s V s A VF +==11 )()()(0S A =02.传递函数 当 f = 0时，电容视为开路，通带内的增益为1.通带增益
3. 幅频响应 一阶LPF 的幅频特性曲线 ) (1)()()(0 0n i j A j V j V j A ωωωωω+= =n i S A s V s V s A ω+= =1)()()(0 02 0) (1) () ()(n i A j V j V j A ωωωωω+= =
简单二阶低通有源滤波器 为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。 二阶LPF二阶LPF的幅频特性曲线
湖南文理学院 课程设计报告 评阅意见： 评阅教师日期
有源高通滤波电路
目录 第一章简介 1.1 设计要求 (3) 1.2 设计作用与目的 (3) 1.3 所用仪器设备 (4) 第二章设计原理 2.1 设计方案及方案选择 (5) 2.2 模块电路设计及分析 (6) 2.3 总体设计 (10) 2.4 元件参数 (11) 第三章设计硬件及软件过程 3.1 Multisim仿真图 (13) 3.2 仿真结果 (14) 3.3 系统调试结果分析 (16) 第四章总结与展望
第一章简介 1.1设计要求 有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路应包括：滤波电路；集成运放；反馈电路，三个部分。滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。通过对有源滤波电路的探究，设计了一四阶有源高通滤波电路。在Multisim 10软件中进行仿真实验，对电路的频率特性和不同频率下输出的信号进行了分析，电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号，对频率100Hz以上的电压信号有放大作用。最终结果基本达到了预期要求。 1.2设计作用与目的 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。 1.3 所用仪器设备 表：有源高通滤波电路明细表 序号代号名称规格数量备注 1 R1、R2、R3、R4 电阻 4.7kΩ 4 2 R5 电阻18 kΩ 1 3 R6 电阻 5 kΩ 1 4 R7 电阻 2.7 kΩ 1 5 R8 电阻 6.2 kΩ 1 6 C1、C2、C3、C4 电容0.33μF 4 7 U1、U2 运放OP07 2
上海大学2013 ～2014 学年冬季学期研究生课程 课程名称：现代电路课程编号：07Z097004 论文题目: 二阶有源高通滤波电路 研究生姓名: 李兵学号: 12720970 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
摘要：二阶高通滤波器是容许高频信号通过，减弱频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器具有综合功能，他可以滤掉若干次高次谐波，并且减少滤波回路数。对于不同的滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不一样，比如在音频信号也使用低音消除器或者噪声滤波器。 关键字：高通滤波器，截止频率，高频响应，Multisim 。 1、电路设计 1.1 图1给出了二阶有源巴特沃兹高通滤波器的结构。 图1 二阶有源巴特沃兹高通滤波器 正反馈型有源滤波器也叫做sallen-key 电路，是以这种电路的发明者命民的也有从工作形态上命民围vcvs （电压控制型电压源）的，他的滤波器相当于一个电压源。它是2阶的高通滤波器。这个电路是一个op 放大器，采用的是同相输入接法，因此输入阻抗很高，输出阻抗很低，由于连接缓冲器，他的增益是1，所以不需要决定曾益量的电阻，能过以较少的元器件数目实现2阶滤波器，使用的非常多，比较麻烦的Ra 和Rb 值不一样，所以计算麻烦一点。 1.2 传递函数 1.3 1a 和1b 分别为巴特沃兹系数
1.4 当给定电容值和截止频率时，可以得到电阻值 本文设计的是二阶高通滤波器，所以选取414.11=a ，11=b 1.5 当nF C KHz f c 100,10==时，可以求出电阻1R 和2R R1= 225.08Ω ，R2= 112.54Ω 2、Multisim 仿真 图2.1 二阶巴特沃兹高通滤波器仿真电路图
二阶压控型低通滤波器设计 1. 设计要求 设计一个二阶压控型低通滤波器，要求通带增益为2，截止频率为2KHz ，可以选择0.01uF 电容器，阻值尽量接近实际计算值，电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim 软件进行仿真分析。 2. 设计目的 （1） 进一步掌握滤波器电路的工作原理和参数计算。 （2） 熟练使用Multisim 进行简单的电路设计和仿真。 3. 问题分析与参量计算 3.1 问题的简单分析 二阶压控型低通LPF 电路基本原理图可参照教材P345页（如下） 而题目中已经给出了电容的值，故我们所要做的只是确定电阻阻值以及进行电路合理的相关改善。 实验所选取的运放器是a741，实验是在Multisim 环境仿真完成的。 3.2 计算电路相关参数 （1） 低通滤波器在通带将内电容视为开路，给电路引入负反馈从而满足“虚短”、“虚断”，通带增益 3412up R A R =+ =,则34R R =，取34R R == 10k Ω。 （2） 传递函数：为方便计算，取1212,R R R C C C ====，由“虚短”、“虚断”及叠 加定理，得()() ()()() ()()()677776/1()()[()]0up p p p i U s A U s U s U s sCR U s U s U s U s U s U s sC R R ==+-----= 得到传递函数：62()1()()1(3)()u up i up U s A s A U s A sCR sCR ==+-+ 令s j ω=，取012f RC π=，2f ωπ=，2 001(3)()up u up A A f f j A f f ?=+-- （3） 当f 为截止频率时，200|1(3)()|2up f f j A f f +--=,令0f x f =,则得方程 4210x x --=，解得x ，因为2f kHz =，取0.01C F μ=可解得10.1224R k ≈Ω电阻，由于实际试验中难以的到10.1224k Ω的电阻，故实际试验中用10k Ω的电阻代替之 （4）入10,1p V mv f kHz ==的信号源 最终得到的电路图： 3.3二阶压控电压源低通滤波器（LPF ）的幅频特性 Q=13-Aup =13-2 =1 ,所以Q=1的曲线即为此二阶压控电压源低通滤波器（LPF ）的幅频特性。
模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计 专业班级：电信本 学生姓名： 学号：69 指导教师： 设计时间：1月3日
题目:二阶高通滤波器的设计 一、设计任务与要求 ① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； ② 截止频率f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2； ④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 二、方案设计与论证 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路 与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3 4 1R R Aup + = Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率： RC f π210=
二阶有源滤波器设计 一．滤波器类型 按照在附近的频率特性，可将滤波器分为以下三种： 1.巴特沃兹响应 优点：巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度响应平坦度，具有良好的综合性能，其脉冲响应优于切比雪夫，衰减速度优于贝塞尔。 缺点：阶跃响应存在一定的过冲和振荡。 2.切比雪夫响应 优点：与巴特沃兹相比，切比雪夫滤波器具有更良好的通带外衰减。 缺点：通带内纹波令人不满，阶跃响应的振铃较严重。 3.贝塞尔响应 优点：贝塞尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。 缺点：与巴特沃兹相比，贝塞尔滤波器的通带外衰减较为缓慢。 （注意： 巴特沃兹及贝塞尔响应的3dB衰减位于截止频率处。 而切比雪夫响应的截止频率定义为响应下降至低于纹波带的频点频率。 对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0dB的直流响应，因此截止频点位于0dB衰减处；而对于奇数阶滤波器而言，所有纹波均低于 0dB的直流响应，因此截止频点定义为低于纹波带最大衰减点。）
二．最常用的有源极点对电路拓扑 1.MFB拓扑 也称为无限增益拓扑或Rauch拓扑； 适用于高Q值高增益电路； 其对元件值的改变敏感度较低。 2.Sallen-Key拓扑 下列情况时，使用效果更佳： 对增益精度要求较高； 采用了单位增益滤波器； 极点对Q值较低（如：Q<3）； （特例：某些高Q值高频率滤波器若采用MFB拓扑，则C1值须很小以得到合适的电阻值。而由于寄生电容干扰使得低容值将导致极大干 扰）。 （注意： MFB拓扑不能用于电流反馈型运放，而S-K拓扑电压、电流反馈型运放均可； 差分放大器只能采用MFB拓扑； S-K拓扑的运放输出阻抗随频率增加而增加，故通带外衰减能力受限，而MFB拓扑则无此问题。）
模拟电路课程设计任务书 20 10 －20 11 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周
摘要 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片LM324设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了5倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 关键字：高通滤波器；二阶；有源；
目录 前言 (4) 第一章设计内容 (5) 1.1设计任务和要求 (5) 1.2设计目的 (5) 第二章滤波器的基本理论 (6) 2.1滤波器的有关参数 (6) 2.2有源滤波和无源滤波 (7) 2.3巴特沃斯响应 (8) 第三章滤波系统中高通滤波器模块设计 (11) 3.1压控电压源二阶高通滤波电路 (11) 3.2无限增益多路反馈高通滤波电路 (12) 第四章二阶高通滤波器电路仿真 (13) 第五章系统调试 (16) 第六章结论 (17) 5.2对本设计优缺点的分析 (17) 5.1结论结论与心得 (17) 附录一LM324引脚图 (18) 附录二元件清单 (19) 附录三参考文献 (20)
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：
高通滤波器的设计 专 业： 应用电子技术 班 级： 2010级 （1）班 学 号： 201030210105 姓 名： 焦义强 指导老师： 黄磊
目录 前言....................................................................................................................... - 3 -第一章设计任务 ............................................................................................... - 4 - 1.1 设计任务及要求......................................................................................... - 4 - 1.2 设计目的..................................................................................................... - 4 -第二章滤波器的基本理论............................................................................. - 4 - 2.1滤波器的有关参数...................................................................................... - 4 - 2.2有源滤波和无源滤波.................................................................................. - 6 - 2.3高通滤波器.................................................................................................. - 7 -第三章滤波系统中二阶高通滤波器设计 .............................................. - 7 - 3.1压控电压源二阶高通滤波电路.................................................................. - 7 - 3.2所需软件前面板（软面板）...................................................................... - 9 - 3.3 所需电子元件............................................................................................. - 9 - 3.4 电路连线图............................................................................................... - 10 -第四章二阶高通滤波电路的测试............................................................. - 11 - 4.1 运放电路波形的输入与输出 .................................................................. - 11 - 4.2 二阶高通运放的频率特性测试............................................................... - 12 -第五章结论 .................................................................................................... - 14 - 5.1对本设计优缺点的分析............................................................................ - 14 - 5.2结论与心得................................................................................................ - 14 -附录一 A741/LM741型运算放大器的资料 ............................................. - 15 -附录二参考文献 ............................................................................................. - 16 -
长沙学院课程设计说明书 题目有源高通滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气工程及其自动化姓名 学号 指导教师 起止日期
模拟电子技术课程设计任务书 系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：
长沙学院课程设计鉴定表
目录 摘要 (5) 1．电路设计 (6) 1.1．电路元件及参数的选择 (6) 1.2．电路原理图绘制 (6) 2．电路的仿真 (7) 2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪 (7) 2.2．使用Multisim9仿真示波器 (7) 2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真 (7) 2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真 (8) 2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真 (8) 参考文献 (9) 设计总结 (9)
摘要 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成，20世纪60年代以来，集成运放获得了迅速发展，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和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行 滤波，这是它的不足之处。]1[在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成 分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能阻挡低频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真
数字信号处理课程设计 题目巴特沃斯高通数字滤波器 老师陈忠泽老师 学院电气工程学院 班级电子信息工程0 81班 学号20084470110 姓名何依阳 二0一一年五月
目录： 一、IIR数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 2、数字滤波器的设计步骤 3、设计方法 4、IIR巴特沃斯数字高通滤波器的实例计算 二、软件仿真工具及实现环境简介 1、计算机辅助设计方法 2、 MATLAB直接设计IIR巴特沃斯数字高通滤波器 三、滤波器结构对数字滤波器性能指标的影响分析 1、 IIR系统的基本网络结构 （1） （2）级联型 （3） 四、有限字长运算在网络结构中对数字滤波器的影响 1 、运算量化效应对数字滤波器的影响 2 、参数的字长对数字滤波器性能指标的影响 2.1 、系数量化对数字滤波器的影响 五、运用MATLAB的辅助工具FDATOOL画出系统函数图像 六、设计心得
IIR 数字高通滤波器的设计 一、IIR 数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。 2、 数字滤波器的设计步骤 设计一个IIR 数字滤波器主要包括下面5个步骤： （1） 确定滤波器要求的规范指标。 （2） 选择合适的滤波器系数的计算（如图一流程图所示）。 （3） 用一个适当的结构来表示滤波器（实现结构）。 （4） 有限字长效应对滤波器性能的影响分析。 （5） 用软件或硬件来实现滤波器。 本次设计的IIR 数字滤波器系数的计算是根据已知的模拟滤波器的特性转换到等价的数字滤波器。本次设计用双线性变换法得到数字滤波器。而且，双线性变换法得到的数字滤波器保留了模拟滤波器的幅度响应特性。 确定数字巴特沃斯 高通滤波器指标 推导出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器指 计算出归一化模拟巴特沃斯低通滤波去归一化推导出模拟巴特沃斯高通滤波器 双线性变换推导出数字巴特沃斯高通 图一 流程图
二阶低通滤波电路设计： 无线增益多路反馈二阶低通滤波电路 注解：（1）图中第一个运放为滤波器，第二个运放只是起放大作用，如不需要，可以省略第二个运放。 （2）滤波电路的运放芯片的最高频率必须是滤波器要求的10倍以上，如：滤波要求为10KHz,则芯片的工作频率需要10MHz以上。 （3）运放中的R6（反馈电阻），可以设为可调电阻+固定电阻，如果放大的比例为0.5－3倍的话，则可以设置R5为2K，R6为560Ω+5K（可调）。 （4）切记：要设计放大倍数可调的滤波电路不可以直接在第一个运放的反馈电阻直接改为可调电阻，因为这样会使得增加了回路道路，使得滤波效果受到很大的影响。要想要放大倍数可调就按上图所示增加一个比例放大器。 对于截止频率f 0，其计算如下所示： 参数设计方法：
（1）对于给定的截至频率，通过表一，选择电容C1。 f/Hz <100 100 ~ 1000 (1 ~ 10)k (10 ~ 100)k >100k C1/uF 10 ~ 0.1 0.1 ~ 0.01 0.01 ~ 0.001 (1000 ~ 100) ×10-6 (100 ~ 10) ×10-6 表1 电容参数表 （2）根据选取的C1的数值，计算电阻模系数K K ＝ 100 / (f * C1) （3）确定C2及查表二得到确定r1,r2,r3,最后将电阻乘以电阻模系数K，得到电阻参数R1,R2,R3。 Kp(放大倍数) 1 2 6 10 r1/kΩ 3.111 2.565 1.697 1.625 r2/kΩ 4.072 3.292 4.977 4.723 r3/kΩ 3.111 5.130 10.180 16.252 C2/C1 0.2 0.15 0.05 0.033 表2 电阻参数表 计算示例：如设计一个放大倍数为2倍的100KHz的低通滤波器滤波： (1)由表格1选定电容C1的参数为100pF(即为100×10-6 uF)，因为取整数100便于计算。 (2) 根据选取的C1的数值，计算电阻模系数K K = 100 / (f * C1) = 100/(100000*100*10-6) = 10 （3）选定增益倍数 如：本题设计放大倍数为2倍 查看表格2可得相应的R1 = 2.565 kΩ R2 = 3.292 kΩ R3 = 5.130 kΩ 最后再乘以电阻模系数K ＝ 10 ，得到 R1 = 25.65 kΩ R2 = 32.92 kΩR3 = 51.30 kΩ。而对于电容C2 有表格三得知：C2/C1 ＝0.15，所以 C2 = 0.15* 100pF = 15 pF(电容不需要乘以电阻模系数K)
巴特沃兹二阶有源高通滤波电路的设计与仿真 摘要：本文给出了巴特沃兹二阶有源高通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源高通滤波器，并在Altium Designer中设计出了印刷电路板（PCB）。 关键词：有源；高通滤波器；设计；仿真 1、概述 滤波器，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。而有源滤波器在滤波的同时还能对信号起放大作用。在各种经典滤波器类型中，巴特沃斯滤波器是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零的滤波器。 2、设计方法 ①设计流程 由于现在巴特沃兹低通滤波器的设计已经有了完整的计算公式与图表，所以设计模拟高通巴特沃兹滤波器时可先将要设计的技术指标通过某种频率转换关系转换成模拟低通滤波器的技术指标，并依据这些技术指标设计出低通滤波器的转移函数，然后在依据频率转换关系变成所要设计的滤波器的转移函数，得出转移函数后可和电路的转移函数相比较，从而确定各种器件的参数。
② 设计步骤 1、高通滤波器转移函数的确定 由于滤波器的幅频特性都是频率的偶函数，通过λ和η轴上各主要频率点的对应关系可得λη=1.因此，可将高通滤波器的频率η转换成低通滤波器的频率λ，通带与阻带衰减αp, αs 保持不变。考虑到对称性可得 H(s)=G(p)其中p=Ωp/s 又查表得二阶低通巴特沃兹滤波器的转移函数为G(p)=1 22p 0 ++p G 所以二阶高通巴特沃兹滤波器的转移函数为H(s)= 2 22 0C C s Q s S H ωω++ 其中H0是任 意增益因子，ωc 是截止频率，Q 是品质因数 2、压控电压源二阶有源高通滤波器图形如下 其传输函数为: Au(s)= 2 12111221222 1 )1uo 1(11(uo C C R R S C R A C R C R S S A + -+++）= 2 C 22 uo C S Q S S A ωω++
DSP课程设计-FIR高通滤波器设计 FIR 高通滤波器设计 南京师范大学物科院 从实现方法方面考虑，将滤波器分为两种，一种是IIR 滤波器，另一种是FIR 滤波器。 FIRDF 的最大优点是可以实现线性相位滤波。而IIRDF 主要对幅频特性进行逼近，相频特性会存在不同程度的非线性。我们知道，无失真传输与滤波处理的条件是，在信号的 有效频谱范围内系统幅频响应应为常数，相频响应为频率的线性函数。另外，FIR 是全零 点滤波器，硬件和软件实现结构简单，不用考虑稳定性问题。所以，FIRDF 是一种很重要 的滤波器，在数字信号处理领域得到广泛应用。 FIRDF 设计方法主要分为两类：第一类是基于逼近理想滤波器特性的方法，包括窗函 数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法；第二类是最优设计法。其中窗函数计法的基本思 想是用FIRDF 逼近希望的滤波特性。本次设计主要采用窗函数设计法，对理想滤波器进行逼近，从而实现高通滤波器的设计。 在MATLAB 软件中，有一系列函数用于设计滤波器，应用时十分方便。因此，在本次 设计中，滤波器的设计主要采用MATLAB 软件，编写适当的程序，得到滤波器的单位脉冲 响应。 本设计对滤波器的硬件仿真主要使用CCS 软件，通过对滤波器的硬件仿真，可以较为真实的看出滤波器的滤波效果。 关键字：高通、FIRDF 、线性相位、Hanning 窗、MATLAB 、CCS 1. 设计目标 产生一个多频信号，设计一个高通滤波器消除其中的低频成分，通过CCS 的graph view波形和频谱显示，并和MATLAB 计算结果比较 2. 设计原理 2.1 数字滤波器 数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。 其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电 子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规 模集成数字硬件实时实现。数字滤波器广泛用于数字信号处理中，如电视、VCD 、音响等。
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
二阶低通滤波器部分 1、设计任务 信号放大后，需要进行滤波，滤除干扰，温度信号是一个缓慢变化的信号，在此需要设计出一个截止频率为10Hz 左右的低通放大器。因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好，故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器，OP07运放特点：OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施，具有低温度漂移特性。另外，需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度，要求品质因数Q=0.707. 2、电路元件参数计算和电路设计： 根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计，如图3.1所示。 图3.1二阶低通滤波器的基础电路 该电路（1）、传输函数为：)()()(i o s V s V s A =2 F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= （2）、通带增益 ：F 0V A A = （3）、截止频率：RC f c π21=其中RC 1c =ω称为特征角频率 （4）品质因数：O A Q -= 31， Q 是f=fc 时放大倍数与通带内放大倍数之比 注： 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 由O A Q -=31=0.707得放大倍数586.1==O VF A A 一般来说，滤波器中电容容量要小于F μ，电阻器的阻值至少要Ωk 级。 由RC f c π21==10Hz,取C=0.5F μ，计算得R ≈31.8Ωk 又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称，可得：R R R A VF 2//)1(11=-
求得：Ω=k R 1.1721 电路仿真与分析： （1）采用EDA 仿真软件multisim 13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试，从而对电路进行优化。Multisim 仿真电路图如图3.2所示 图3.2二阶低通滤波器仿真电路图 （2）通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求： 设输入电压有效值为1V 当f=1Hz 时，输出如图3.3所示。 图3.3 由图可知，在通带内有增益585.1==VF O A A ,与理论值1.586相近 当Hz f f c 10==时，输出如图3.4所示。
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
有源滤波电路——低通和高通滤波器
实验报告 实验名称：有源滤波电路——低通和高通滤波器实验类型：__综合实验___ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。 2. 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。 3. 根据给定的低通和高通滤波器结构和元件，分析其工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。 4. 分别利用低通和高通滤波器搭建带通和带阻滤波器电路，观察和分析其输出波形特点，分析电路的频率特性。
二、 实验原理 1. 低通滤波器电路 图1所示为无限增益多路反馈低通滤波器电路，它是一种非常通用的具有反相增益的滤波器，具有结构简单、特性稳定、输出阻抗低的特点。 电路的传递函数为： 0 2 10 ()p K b H s s b s b =++ 其中： 0 2311b R R C C = ，1 1 2 3 1111()b C R R R =++ ，2 1 p R K R =- 低通滤波器的设计截止频率为6kHz ，增益为2，各元件参数为： C =0.01μF ，C 1=0.0015μF ，R 1=4.28（4.3）kΩ，R 2=8.57（8.2）kΩ，R 3=5.49（5.6）kΩ。 其中电阻值分别表示为设计值和实际元件标称值（括号内）。 2. 高通滤波器电路 装 订
电路的传递函数为： 2 2 10 ()p K s H s s b s b =++ 其中： 0 1211b R R C C = ，1 1 2 1 1 (2)b C C R C C =+，1 p C K C =- 高通滤波器的设计截止频率为10kHz ，增益为2，各元件参数为： C =0.01μF ，C 1=0.005（0.0047）μF ，R 1=1.5kΩ，R 2=9.38（9.1）kΩ。 其中元件值分别表示为设计值和实际元件标称值（括号内）。 3. 带通和带阻滤波器 分别将图1和图2所示低通和高通滤波器级联，可以得到一个带通滤波器，如图3(a)所示；将低通和高通滤波器的输出波形相加，可以得到一个带阻滤波器，如图3(b)所示。