RC有源带通滤波器的设计

1、题 目RC有源带通滤波器的设计科 目_ 现代电路理论_1RC有源带通滤波器的设计摘要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当十扰信号与有用信号不在同一频率范围之内,可使用滤波器有效的抑制十扰。用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减 大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频， 此外， 它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受十扰等特点，因而RCW源滤波器普遍应用 于光电弱 信号检测 电路中。本课题 研究内容主要 是用

2、multisim软件设计仿真有源带通滤波器的二级级联和四级级联方式的电路。关键词：集成运放；RC网络；multisim软件；有源带通滤波器2摘要.1目录.2一本课题内容提要.3二 二级申联的带通滤波器 .31设计要求.32基本原理.33设计方案.34电路设计与参数计算.35性能仿真分析.5三 四级申联的带通滤波电路 .71总体方框图.71.1级数选择.71.2元器件的选择.72电路设计分析.8四总结.9参考文献.1错误！未定义书签3一、本课题内容提要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内,可使用滤波器有

3、效的抑制干扰。其优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积 小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面；缺点为：但因受 运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用丁低频。根据对频率选择要求的不同， 滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四种。本课题采用低通-高通级联实现带通滤波器。二、二级申联的带通滤波电路1、 设计要求1性能指标要求：f=3000Hz-300Hz=2700Hz;2通带电压增益：Au=1;3完成电路设计和调试过程。2.基本原理带通滤波器(BPF)能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，

4、选择性越好，也就是电路的品质因数Q越高。电路的Q值可用公式求出f0BW可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽 的带宽，势必输出电压较小。3.设计方案采用低通-高通申联实现带通滤波器：将带通滤波器的技术指标分成低通滤 波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通滤波器， 再申联即得带通滤波器。二阶巴特沃思滤波器的A/F1=1.586,因此，由二级申联的带通滤波电路的 通带电压增益(AVFI)2女 2.5152.515，由丁通带电压增益：Au=1,因此在低通滤波器输 入部分加了 一个由R8和 R9组成的分压器。4、 电路设计与参数计算元件的的参数选择和

5、计算：在运放电路中的电阻不宜过大或过小。 一般为几 千欧至几十千欧较合适。41 1.对丁低通级，选取 R=8.2kQR=8.2kQ，由匕=3000Hz和f =-可计算出电容h2 2 二 RCRC5C C 6.47nF6.47nF，现选择标准电容值 C C 整 6.8nF6.8nF，低通部分如图1所示：1 1对丁局通级，也选取 R=8.2kQR=8.2kQ，由f|=300Hz和 f f = =- 可计算出电容2 2 二 RCRCC C E4.7nFE4.7nF，现选择标准电容值 C C 全 68nF68nF，高通部分如图2所示：考虑到已知道AVFI=1.586,同时尽量要使运放同相输入端和反相输

6、入端对地的直流电阻基本相等，选择R2=E=47g , R3 = R7=(A/F-1泪2=27心。二阶有源带通电路的低通部分C2I I图1二阶有源带通电路的高通部分6信号源通过R8和 R 进行衰减，它的戴维宁电阻是R和 R 的并联值，这个 电阻值等丁低通级电阻R,=8.29。因此，有R8R9: : 8.2k.8.2k.1 1R R8 R R9由丁整个滤波电路通增益是电压分压器比值与滤波器部分增益的乘积，且应等丁单位增益，故有企（膈产企.2.515=12.515=1R R8R R9E E R R9联解式得R820kQ和R953.3kQ5、性能仿真分析按照理论图进行调试，波特图仪显示结果如图4:-2

7、.071 dB+ 通入-4-揄W299 ,境7 HzV15 Vpk0kHZ10V25 Vpk60 HzC3-I12XBP1C1R1AAr20k QR313.3k QR68.2k Q图3总原理图7图4波特图仪显示结果电路图中所用信号源为：1V1V 4kHz4kHz 和 5V5V 60Hz60Hz，经过滤波器这两种信号应都被滤除。示波器波形如图5:图5示波器波形数字万用表的输出电压读数如图6:8图6数字万用表的输出电压三、四级申联的带通滤波电路采用运放和RC元件构成带通滤波器，要求滤波频率范围300Hz3KHz带外 抑制10dB或以上，带内纹波小丁1dB,电压增益0.52。1、总体方框图设计，如图

8、7图7总体方框图RC网络，在有源RC滤波器电路中，RC网络起着滤波的作用，它将使有用频 率信号通过而同时抑制无用频率信号。它在波形的选取上起着至关重要的作用。RC网络由电阻R和电容C组成。放大器，电路中运用同相放大器OP07它具有输入阻抗高，输出阻抗很低 的特点，因此广泛应用丁前置放大级。此电路中的第一级的闭环增益为Av仁R3/R6.反馈网络，在此电路的第一级中的R3和C6组成反馈网络。1.1.级数选择滤波器的级数主要根据对带外衰减特性的要求来确定。每一阶低通或高通电 路可获得-6dB每倍频程（-20dB每十倍频程）的哀减，每二阶低通或局通电路可 获得-12dB每倍频程（-40dB每十倍频程）

9、的衰减。多级滤波器申接时传输函数 总特性的阶数等丁各级阶数之和。当要求的带外衰减特性为-mdB每倍频程（或md的十倍频程）时，则取级数n应满足n大丁等丁m/6（或n大丁等丁m/20）。1.2.元器件的选择一般设计滤波器时都要给定截止频率fc （wc）带内增益Av,以及品质因素9Q（二阶低通或高通一般为0.707）。在设计时经长出现待确定其值的元件数目多 丁限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计这自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档 较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表1.1.1初选电容值。f(110)Hz(10102

10、) Hz(102103)Hz(110) KHz(10103)KHz(102103)KHzC(2010)F(100.1 ) uF(0.10.01 )uF(104103)pF(103102) pF(10210) pF表1.1.1滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系2.电路设计分析有源RC带通滤波器由电阻、电容和放大器组成，可以利用Multisim仿真软件来仿真给予修正。原理图如图8所示:图8.a（第一级）图8.b（第二级）图8.c（第三级）图8.d（第四级）用Multisim仿真软件的原理图如图9所示，以及仿真后的效果图（幅频特 性）如图10所示：10以上图9所示的元器件的值都为标称值，以上的设

11、计分析能达到此次课题的 频带、带内纹波、带外抑制等要求，仿真出来的幅频特性的效果也达到了此次课 题的要求。四、总结滤波器有模拟滤波器和数字滤波器之分，且按频率特性划分有低通、高通、 带通、带阻、全通等。本课题内容设计有源带通滤波器， 通过用Multisim10.0软 件来仿真有源带通滤波器电路，以达到本次课题的设计要求。用LC网络组成的无源带通滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和 衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源带通滤波器则比较适用丁低 频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便丁级联。XBP10R282kQC2680pFC1680pF02R368kQ

12、10VEEVCCC48.2nFR412VVCC82kQVEER510.5k Q6 C5Tl-1.5nFC6-L 1.5nF-12V-2VVEE图9仿真电路原理图图10仿真后的效果图（幅频特性）11利用有源带通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 十扰和噪声，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，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，故有源带通滤波器还兼有放大与缓冲作用。通过这次带通滤波器的优化设计，掌握了滤波器的一些概念、功能和一些基 本的类型，对模电知识有了进一步的了解，学习了低通原型滤波器及其传递参数、 频率变换、滤波器的设计流程和巴特沃斯滤波器的设计。12参考文献1薛鹏骞等.频分复用有源滤波电路的EW切真设计【J】辽宁工程技术大学学报，2006, 23 (2) 70-722张国雄主编.测控电路M北京：机械工业出版社，20093康华光主编.电子技术基础(模拟部分).第五版.北京：高等教育出版社，2006.4 National Semiconduc