二阶高通滤波器的设计说明

1、.专业整理.前言滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。滤波器已大量渗入现代技术中。很 难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。在现代通信和信号处 理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一 些例子而已。滤波器是用来筛选信号的，它可以设定一定的门限值 。比如高通滤波器，它的 作用就是把低于设定值的信号虑掉，只让比设定值频率高的信号才可以通过，低通滤波器的原理与高通类似。用处非常大，它可以处理信号，虑去无用的干扰信号， 使信号满足自己的需要。目前，滤波器被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪 器和设备中。滤波器的应用频率范围极宽，有适用于低到零点几赫的滤

2、波器，也有 高到微波波段的滤波器。根据滤波频率的中心频率和其他要求的不同，滤波器中采 用各种谐振元件，电感、电容是最常用的谐振元件。随着电子技术的发展，许多电 路和系统都要区分不同频率的信号，从而使滤波器的设计理论日趋完善。滤波器的 种类很多，分类方法也不同。1.从功能上分；低、带、高、带阻。2.从实现方法上 分:FIR、IIR3.从设计方法上来分：Chebyshev（切比雪夫），Butterworth （巴特沃斯） 4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器。第一章设计内容及要求1.1设计任务及要求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fc=100Hz3.

3、增益 Av=5;1.1.1 基本要求：(1)在100Hz时的波形稳定,继续调节频率是幅值会适当的增大,当到达一定值 时保持稳定。(2)调小频率到0时其幅值一直减小到0(3)设计电路所需的直流电源可用实验室电源 。1.1.2 设计任务及目标：(1)根据原理图分析各单元电路的功能；(2)熟悉电路中所用到的各集成芯片的管脚及其功能；(3)进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；(4)写出完整、详细的课程设计报告。1.2.3主要参考器件：UA741 电容 电阻第二章系统设计方案根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于100Hz的信号可以通过，而频率低于100Hz的信号衰减。即 A

4、u(s尸Uo(s)/Ui(s)=1/(1+sRC)则可采用压控电压源二阶高通滤波电路，或无限增益多路反馈高通滤波电路。2.1方案一采用压控电压源二阶高通滤波电路，由直流电源供给(12V)电路如图1所示，其传输函数为：.学习帮手.Au(s)21s R2C1AuoS21AuoS2R2c2(1Auo )R1C1C1C2R1R22 c2s -s cQ归一化的传输函数：Au(Sl)Auo2 1.Sl-Sl1Q其中：Sl, Q为品质因数s通带增益：Auo 1 R3QR2clR2c2(1Auo)R1C1截止频率：品质因数：2 RC13 Aup2.2方案二采用无限增益多路反馈高通滤波电路，由直流电源供给（12

5、V）。电路如图2所示,该电路的传输函数为：Au(s)21 C1s - R2C2c3C12sC2 1C31C2C2C3R1R2AuoS22 c2s一 s cQ归一化的传输函数Au(Sl)Auo其中:cSl 一 s，通带增益：AuoC1C3截止频率：fcR1R2C3C2R1品质因数：Q (C1 C2 C3)jC2C3R2RiR3R4R3图2-1压控电压源二阶高通滤波器图2-2无限增益多路负反馈二阶高通滤波器第三章参数设计、原理图3.1 参数计算1 .压控二阶高通滤波器的设计f012 RC由增益 Av=5 , Av=1+Rf/R1,所以选 R1= 10K , Rf=40K 欧姆的电阻，fp=100H

6、z,则选用C=0.2uf的瓷介电容，R3为5.6K欧姆的电阻，R4为20K欧姆的电阻 成块用UA741。2.压控二阶高通滤波器的设计由增益Av=5 , AuoC,所以选 C1=51nF , C3=10nF的瓷介 电容，由 C3fc2、RR2c3c2,则 C2=200nF , R3=10K,R1=10K,R2=140K 欧姆的电阻，集成块用 UA741。3.2总原理图20%图3-1压控电源二阶高通滤波器图3-2无限增益多路负反馈高通滤波器第四章焊接、安装、及调试4.1 电路板的焊接和安装工具：电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查 元件位置是否正确。检查无误后

7、，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件 不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间 。焊接完毕后用万用 表检查是否断路和短路。4.2 调试工具：万用表、示波器，信号发生器按电路原理图连接好直流电源 （12V）、函数信号发生器、示波器。调节函 数信号发生器使输出信号的幅值为 100mv的正弦波（即有效值为70.7mv）,打开 直流电源，调节好示波器后，用万用表测输出电压的有效值，再调节函数信号发生 器的频率。从100Hz起调大频率再调小到0,看是否符合要求。第五章性能测试及实验结果分析5.1 性能测试与分析5.1.1 输出电压的测量输入彳S号Ui=100 mv （有效值为70.

8、7mv）,测量有效值为72mv。改变频率测输出电压，并且在通频带时的频率要取得密集一些表一压控高通滤波器的数据记录频率f/Hz2060809095100110输出电压Uo/mv14130214227238253287频率f/Hz2005008001K20K50K100K输出电压Uo/mv351360362364363362362表二无限增益高通滤波器的数据记录频率f/Hz2060809095100110输出电压Uo/mv20126230234246272296频率f/Hz2005008001K20K50K100K输出电压Uo/mv356368375373375375373图5-1压控电压源二阶

9、高通滤波器电路的幅频特性图5-2无限增益二阶高通滤波器电路的幅频特性5.2 数据处理与误差计算5.2.1 压控的数据分析在频率为高频时，U= (364+363+362+363 ) /4=363 mv输入电压 Ui=72mv ,贝U Av=U/Ui=363/72=5.04相对误差：s= (5.04-5) /5*100%=0.8%当 fp=100Hz 时，Uo 理论=360*0.707=254.5实验测得Uo=253mv则相对误差为 S= (253-254.5 ) /254.5*100%=-0.6%5.2.2 增益的数据分析在频率为高频时，U= (373+375+375+373 ) /4=374

10、mv输入电压 Ui=72mv ,贝U Av=U/Ui=374/72=5.2相对误差：s= (5.2-5) /5*100%=4.0%当 fp=100Hz 时，Uo 理论=360*0.707=254.5实验测得Uo=272mv则相对误差为 S= (272-254.5 ) /254.5*100%=6.0%5.3 误差分析产生该实验误差的主要原因有：1、输入信号不稳定会导致实验误差。2、实际所使用的电阻、电容与理论值的误差。3、函数发生器的输出误差，示波器的量化误差。4、在参数设计时也会引入误差。5、在计算过程中会引入计算误差。6、焊接引起的误差。结论与心得结论1、由实验可知，当频率f为通带截止频率f

11、p时，输出电压Uo约为最大输出电 压的 0、707 倍，即 | Au | =0.707 | AuP | 。2、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于fp的信号，我们可 把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。3、实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo时使 电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。心得我所做的实验相对于其他同学的实验来说，非常简单，电路也简单，焊接电路板 时也比较轻松，。虽然简单，感觉自己还有很多东西要去学习，自己课本知识不是 学得很好，实验缺乏理论知识，所以，以后要加强理论知识的学习，并且电路焊接 技术也有待

12、加强。总之，实验已经做完了，总体还是满意的。参考文献1 .童诗白、华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.20092 .康华光.模拟电子技术基础北京：高等教育出版社.2001年.3 .谢自美.电子线路设计 实验 测试，华中科技大学出版社，2005年.4 .华成英.林真拟电子技术基础M,北京高等教育出版社，2001.5肖景和.电子线路设计 实验测试（第三版）M.武汉：华中科技大学出出版社，20066沈精虎，电路设计与制板M，北京人民邮电出版社，2007附录一芯片管脚图输入级偏置电路也间级一输出级Wa -nhHnTK19500Tn Taj17-T Ti.it1，；Tiii-iIUK0T16 L TOa舒41内翻谭电第必74芯片15结构图3I T iHT20?!：!1 - Off