2013级《模拟电子技术》课程设计说明书
二阶有源高通滤波器
院、部：电气与信息工程学院
学生姓名：方拓
指导教师：张松华职称副教授
专业：电气工程及其自动化
班级：电气本1301班
完成时间：2015年6月20日
《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院
《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院
摘要
滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路，滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路，从滤波器的阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。本设计为有源二阶高通滤波器。
本设计采用一般意义上的设计方案，即通过无源二阶高通滤波电路接入运放组成的放大电路，组成二阶有源RC高通滤波器，先根据设计方案计算出所需各元件参数，通过Multisim 10仿真得到具体的电路图，在由制图软件（Altium Designer summer 09）得到原理图，由原理图导入到PCB图中，得到我们所用的电路板。其中包括了电子元件的新建和封装、打印、转印等步骤。最后，焊接时应注意线是否导通、是否短路和有无虚焊等。最终完成安装，进行调试。调试结果表明电路仅能够实现信号的高通滤波。
关键词：二阶；有源；高通；滤波器
目录
1绪论11
1.1设计课题意义及背景12
1.2设计课题任务及要求12
1.3设计内容12
2设计原理及方案比较1
2.1设计原理1
2.2方案比较1
2.3设计方案3
2.4直流电压源的设计3
2.4.1设计要求3
2.4.2直流稳压电源工作原理3
3设计课题的参数选择5
3.1有源二阶高通滤波器5
3.1.1无源二阶RC高通滤波电路部分5
3.1.2运放部分5
3.2.1电源变压器6
3.2.2整流桥6
3.2.3滤波部分6
4仿真分析8
4.1仿真电路图8
4.2仿真数据及分析8
5制作与调试11
5.1安装与调试11
5.2调试11
5.3调试结果11
5.3.1直流电源调试结果11
5.3.2二阶有源高通滤波电路调试结果11
5.4 数据分析12
5.5 故障排查12
心得体会13
参考文献14
致谢15
附录15
附录A电路原理图15
附录B 电路PCB图16
附录C 电路实物图17
附录C 元件清单18
1绪论
1.1设计课题意义及背景
电子技术是当今科技发展的热点，各先进国家无不把它放在优先发展的地位。电子技术是电气类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。想要很好的掌握电子技术，除了掌握基本理论之外还要将其运用到实践中去，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。
滤波器是信号处理的重要单元,在现代电子技术中得到了广泛的应用。按处理信号的不同,滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器,模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器是指网络由电阻、电容及有源器件(三极管、运算放大器等,通常是运算放大器) 构成。因为不用电感元件,所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。有源滤波器有许多独特的优点,如设计标准化、模块化、易于制造等。由于运算放大器的增益和输入电阻高、输出电阻低,所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，并可用简单的级联得到高阶滤波器,且调谐也很方便。有源滤波电路的用途很广,主要用于小信号处理,可作为抑制干扰、噪声、衰减无用频率信号而突出有用频率信号达到提高噪声比或选频的目的。在实际应用中,综合考虑电路滤波特性和信号增益,一般选用有源滤波器,因此,研究其设计有很大的实际意义。
1.2设计课题任务及要求
设计一种二阶RC有源高通滤波器电路，电路截止频率100HZ，通带内增益2~3倍，幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化。
1.3设计内容
（1）电路设计方案比较；
（2）电路参数分析计算和选择；
（3）单元电路设计并进行分析；
（4）实物制作；
（5）系统调试（使用的仪器、测试数据表）；
（6）撰写设计报告。
2设计原理及方案比较
2.1设计原理
二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。
图1 二阶有源滤波器设计原理
2.2方案比较
（1）压控电压源二阶高通滤波器
图2所示，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于c R 的电抗很大，因而Up （s ）趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在0f f 时使电压放大倍数数值增大，又不会因负反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1、R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽等优点。电路中C 、R 构成反馈网络。
压控电压源二阶高通滤波器电路如图2所示，其传输函数为公式(1)所示。
图2 压控电压源二阶高通滤波器
传输函数:
2
2
)
()3(1s s sRC sRC A RC A A Vf Vf +-+=
）
（）（（1）
通带增益:
1f vf /1R R A +=（2）
截止频率：
RC
π21
f p =
（3） 品质因数：
f
Av Q -=
31
（4）
（2）无限增益多路负反馈二阶高通滤波器
无限增益多路负反馈二阶高通滤波器电路图如图3所示。
图3无限增益多路负反馈二阶高通滤波器
该电路的传输函数为：
3
22123213
223
2212)(1s C C R R s C C C C C R
s C C R R s A A vf ++++=
）（(5)
通带增益：
2
1
vf C C A -
=(6) 截止频率：
3
221p 21
f C C R R π=
(7)
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
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
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
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 -
设计题题目 二阶有源低通滤波器 设计一个有源低通滤波器的截止频率为kHz f 10 。 方案论证 （1）：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。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种 工作原理： 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。 有源二阶滤波器基础电路如图1所示： 图1 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，
输出阻抗低。 传输函数为： )()()(i o s V s V s A = 2F F ) ()-(31sCR sCR A A V V ++= 当f=0或者频率很小时，各电容可视为开路 F 0V A A ==1+（A vf\-1）R1/R1 称为通带增益 F 31V A Q -=称为等效品质因数 RC 1c = ω 称为特征角频率 则2c n 22c 0)(ωωω++= s Q s A s A 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注：当Q ＝0.707时的3dB 截止角频率，当30≥=VF A A 电路将自激振荡。 当jw s =代入 2220222)(c c c c c c VF w s Q w s w A w s Q w s w A s A ++=++= （式１１） 则 2220 )(])(1[1lg 20)(lg 20Q w w w w A jw A c c +-= （式１２） 2)(1)(arctan )(c c w Q w w w --=? （式１３）
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
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++
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
课程设计任务书 学生姓名： ____ __ 专业班级：电信班 指导老师：_ __ 工作单位：信息工程学院 课程设计名称：Protel应用课程设计 课程设计题目：PROTEL应用实践课程设计 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1)课程设计时间：1周； 2)课程设计内容：根据指导老师给定的18套题目，按规定选择其中1套完成； 设计任务：二阶高通滤波器 设计要求： 1)熟悉PROTELDXP2004软件及其应用环境，在电脑上安装该软件； 2)完成电路图设计； 3)完成电路的仿真； 4)完成网表的打印； 5)完成自动布线印制版图； 6)对自动布线的结果进行手动布线； 7)打印元器件清单； 8)撰写课程设计说明书。（打印稿） 指导老师签名：年月日系主任(或指导老师签名): 年月日
目录 1 protel简介 (1) 1.1 Protel2004简介 (1) 1.1.1 Protel DXP 2004 概述 (1) 1.1.2 Protel DXP 2004的特点 (1) 1.2 DXP 2004与SE99区别 (1) 2 Protel电路设计 (2) 2.1 Protel电路设计步骤 (2) 2.2 原理图设计 (3) 2.2.1 加载元件库 (3) 2.2.2 放置元件 (3) 2.2.3 输出网络报表 (4) 2.2.4 输出元件清单 (4) 2.3 电路仿真 (5) 2.3.1 添加仿真信号源元件库 (5) 2.3.2 添加仿真信号源 (5) 2.3.3 仿真 (6) 2.4 PCB设计 (7) 2.4.1 绘制电路板电气边界 (7) 2.4.2 导入元器件 (7) 2.4.3 排列元器件 (7) 2.4.4 布线 (7) 参考文献 (9) 附件 (10)
３.1 Ｍulｔisim元件库中OＴA模块的创建 ３.1.1 Multiｓｉm简介 Multisｉm １0是加拿大Inteｒactiｖe Imａge Technｏlｏgies公司推出的Muｌtｉsiｍ版本，是该公司电子线路仿真软件ＥWB（Elｅctronｉcs Woｒｋbench，虚拟电子工作台)的升级版。 Multiｓiｍ1０用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现“软件即元器件”和“软件即仪器”。Mｕlｔiｓim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。 Ｍｕltiｓiｍ１0的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪。 Mulｔisim 10具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅立叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。 Mulｔisim 1０可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路、及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时,软件还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单,以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。 利用Multisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟试验,与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点:设计与实验可以同步进行，可以边设计边试验,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；可方便的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
课程设计说明书 课程设计名称：模拟电子技术 课程设计题目：二阶高通滤波器的设计学院名称：信息工程学院 专业：电子信息科学与技术班级： 学号：姓名 评分：教师：
一、设计任务与要求.......................................................................... 二、系统组成及工作原理.................................................................. 三、二阶高通滤波器压控电路的设计................................................ 3. 1、参数设计.............................................................................................................. 四、总原理图及元器件清单................................................................ 4. 1、总原理图............................................................................................................. 4. 2、元件清单........................................................................................................... 4.3、压控电路和无限增益多路反馈电路的仿真结果及测试结果分析........ 4.4、仿真结果..................................................... 五、系统的调试.......................................... 六、结论.............................................................................................. 6.1、结论................................................................................................................... 6. 2、误差分析....................................................... 6. 3、实验总结............................................................................................................ 七、参考文献........................................................................................
探※※※※※※※※ 2014级电子科学与技术专业 探模拟电子技术课程设计探 探※※※※※※※※ 模拟电子技术课程设计报告书 2016年1月14日
一、设计任务及要求： 设计任务： 设计一个二阶高通有源滤波器 要求： 1. 设计一个下限截止频率为21kHz二阶高通滤波器。 2. 采用Multisim 12.0 仿真电路，并进行验证和完善所设计方案。 3. 完成设计实验报告。 4. 学习相关的一些理论知识。 指导教师签名： 2016年1月14 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： ______________ 2016年1月14 日 二、成绩 验收盖章 2016年1月14 日
二阶有源高通滤波器的设计 1设计目的 (1)熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。 (2)学会二阶有源滤波电路的快速设计方法。 (3)掌握二阶有源滤波电路的调试及幅频特性和相频特性的测试方法。 2设计思路 (1)设计一个下限截止频率为21kHZ二阶有源高通滤波电路。 (2)选择合适的运算放大器以及合适的电容电阻，并使之构成完整的电路 图。 (3)进行相关的调试工作。 3设计过程 二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路，二阶高通滤波器电路组成。总设计图如图1所示： 图1总设计图 3.1方案论证 根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于25KHZ的信号可以通过，而低于25kHz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数： 即A(s)=A(vf)*S A2/(S A2+W(c)/Q*S+W(c)A2) 式中W(c)=1/RC Q=1/(3-A(vf))
电路中既引用了正反馈，又引入了负反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱; 当信号趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up(s)趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=fO时使电压放大倍数数值增大，又不会因为负反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1,R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽的优点。电路中C、R构成反馈网络 3.2电路设计 (1) 设计原理二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。 二阶高通滤波器的理想物理模型如图2所示 图2二阶高通滤波器的理想电路图 (2) 设计分析 二阶有源高通滤波电路图如图2所示，由图可见，它是有两节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。 二阶有源高通滤波电路： a. 通带增益 A(vp)=1+R(f)/R1 b. 传递函数 A(s)=(sCR)A2*A(vp)/[1+(3-A(vp)*sCR+(sCR)A2] c. 频率响应
电子线路设计作业语音滤波器的设计 学生姓名：X X 学生学号：XXXXXXXXXXX
一、前言 从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。为了提高无源滤波器的质量，要求所用的电感元件具有较高的品质因数Q，但同时又要求有一定的电感量，这就必然增加电感元件的体积，重量与成本。为了解决这一矛盾，五十年代有人提出用由电阻、电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件，由此产生了用有源元件和无源元件(一般是R和C)共同组成的电滤波器，称为有源滤波器。六十年代末由分立元件组成的有源滤波器得到应用。 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。 若将低通滤波器和高通滤波器串联，并使低通滤波器的通带截止频率f p2大于高通滤波器的通带截止频率f p1，则频率在f p1 设计要求 1.该语音滤波器的截止频率Hz f H 3000=，Hz f L 300=，10=V A ； 2.阻带衰减速率为1040dB -倍频程。 二、设计原理 由于是要设计一个带通滤波器，那么可以将一级二阶低通滤波器 与一级二阶高通滤波器级联。 1.二阶低通滤波器的传输函数与性能参数： ①传输函数为：()2 22c c c V s Q s A s A ωωω++= 其中：V A ——电压增益，c ω——截止角频率，Q ——品质因数 ②性能参数如表1.1所示： 河北工程大学课程设计说明书 课题名称：巴特沃斯有源高通滤波器的设计专业名称：通信工程 学生班级：XX级通信X班 学生姓名： XXX 学生学号：100310314 指导老师： XXX 设计时间：2012年6月23日 第一部分：题目分析及设计思路 (一)、滤波器简介 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。 滤波器按照所处理的信号，可以分为：模拟滤波器和数字滤波器；按照信号的频段，可以分为：低通、高通、带通和带阻滤波器四种；按照所采用的原件，也可以分为：无源滤波器和有源滤波器。用来说明滤波器性能的技术指标主要有：中心频率f0，即工作频带的中心；带宽BW；通带衰减，即通带内的最大衰减阻带衰减等。 (二)巴特沃斯滤波器简介 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬〃巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930 年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。一级至五级巴特沃斯低通滤波器的响应如下图所示： 巴特沃斯滤波器的特点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。在振幅的对数对角频率的波特图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。 (三)、巴特沃斯有源高通滤波器优化设计 设计目的 掌握滤波器的基本概念； 掌握滤波器传递函数的描述方法； 掌握巴特沃斯滤波器的设计方法； 设计一个巴特沃斯滤波器，其技术指标为： （1）阻带截止频率： fc = 1kHz ； （2）通带放大倍数：Aup =2； （3）品质因素：Q = 1； （4）阻带最小衰减率：-25dB。 设计要求： （1）确定传递函数； （2）给出电路结构和元件参数；（运算放大器可以选择） （3）利用PSPICE 软件对电路进行仿真，得到滤波器的幅频响应，是否满足设计指标；巴特沃斯有源高通滤波器的设计
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