二二阶高通滤 波器

1、高通滤波器的设计 专 业： 应用电子技术 班 级： 2010（1）班 课程名称： 电子测量技术 学 号： 201030210105 姓 名： 焦义强 指导老师： 黄 磊 10 目录目 录摘 要I引 言1第一章 滤波器的基本知识21.1滤波器作用和分类21.2滤波器的主要参数3第二章 滤波系统中二阶高通滤波器设计42.1压控电压源二阶高通滤波电路42.2所需软件前面板（软面板）52.3 所需电子元件62.4 电路连线图6第三章 二阶高通滤波电路的测试73.1 运放电路波形的输入与输出73.2 二阶高通运放的频率特性测试9第4章 结论104.1对本设计优缺点的分析104.2结论与心得10参考文献1

2、1 摘要摘 要 滤波器是让某些信号成分通过又阻止或衰减另一些成分的电路，虚拟仪器能实现对信号的处理和变换。虚拟仪器是工业标准计算机配上强大的应用软件，低成本硬件及驱动软件，共同完成传统仪器的功能。同时，它也可以通过驱动控制传统的仪器，使它们融入自动化测试测量控制系统。本文以LABVIEW为开发平台,构建一个与计算机硬件资源紧密结合的虚拟仪器系统。关键词：滤波器；虚拟仪器；LABVIEW 电气与电子信息工程学院 电子测量技术课程论文 引 言 滤波器可广义地理解为一个信号选择系统。它让某些信号成分通过又阻止或衰减另一些成分。在更多地情况下，被窄义地理解为选频系统，如低通、高通、带通、带阻。频域与时

3、域均衡器也是一种滤波器，通信系统的传输媒介如明线、电缆等从特性看也是滤波器。滤波器如系统一样可分为三类：模拟滤波器、采样滤波器和数字滤波器1。模拟滤波器(AF)可以是由RLC构成的无源滤波器，也可以是加上运放的有源滤波器，它们是连续时间系统。采样滤波器(SF)由电阻、电容、电荷转移器件、运放等组成，属于离散时间系统，其幅度是连续的。开关电容滤波器、电荷耦合滤波器均属这类滤波器。数字滤波器(DF)由加法器、乘法器、存储延迟单元、时钟脉冲滤波器及逻辑单元等数字电路构成。它精度高，稳定性好，不存在阻抗匹配问题，可以分时复用，能够完成一些模拟滤波器完成不了的滤波任务。其缺点是需要抽样、量化、编码。以及

4、受时钟频率所限，所能处理的信号最高频率还不够高。另外，由于有限字长效应会造成域设计值的频率偏差、量化和运算噪声及极限环振荡。 LabVIEW是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，使用图标表示功能模块迷失用图标之间的连线表示各模块间的数据传递。同时LabVIEW继承了高级编程语言的结构化和模块化编程的优点，支持模块化与层次化实际，这种结构的实际增强了程序的可读性。LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接收，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件，利用他可以方便的

5、建立自己的虚拟仪器。以LabVIEW为代表的图形化编程语言，又称为“G”语言。使用这种语编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，可为实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。 本文就是在LabVIEW基础上设计一个模拟滤波器高通滤波器。 第一章 滤波器的基本知识 1.1滤波器作用和分类滤波器主要功能是对信号进行处理，保留信号中的有用成分，去除信号中的无用成分。在无线电通信、自动测量和控制系统中，常常利用滤波器电路进行模拟信号的处理，如

6、用于数据传送、抑制干扰等。滤波器按处理的信号可分为数字滤波器和模拟滤波器，按所采取的元器件分为有源和无源滤波器，按时域特性可分为有限长冲激响应滤波器和无限长冲激响应滤波器。按频域特性分为低通、高通、带通、带阻滤波器。 低通滤波器指低频信号能够通过而高频信号不能通过的滤波器；高通滤波器则相反，即高频信号能够通过而低频信号不能通过；带通滤波器是指频率在某一个频率范围内的信号能通过，而在此频率范围之外的信号不能通过；带阻滤波器的性能与之相反，即某个频率范围内的信号被阻断，但允许在此频率范围之外的信号通过。上述各种滤波器的理想特性如图2-1所示2。 图2-1 滤波器电路的理想电路1.2滤波器的主要参数

7、纹波幅度d：在一定频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化，其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比，越小越好，一般应远小于-3dB。 截止频率fc：幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值，0.707A0对应于-3dB点，即相对于A0衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。带宽B和品质因数Q值: 上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位为Hz。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力频率分辨力。在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数， Q=

8、1/2（阻尼率）。对于带通滤波器，通常把中心频率f0和带宽 B之比称为滤波器的品质因数Q。例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中-3dB带宽为10Hz，则称其Q值为50。Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高。 倍频程选择性W: 在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率fc2与 2fc2之间，或者在下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量或倍频程衰减量以dB/oct表示（octave，倍频程）。显

9、然，衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。即dB10oct。 滤波器因数（或矩形系数）: 滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式 ，它是利用滤波器幅频特性的 -60dB带宽与-3dB带宽的比值来衡量滤波器选择性，理想滤波器 =1，常用滤波器 =15，显然，越接近于1，滤波器选择性越好。1.3高通滤波器高通滤波器，是去掉信号中不必要的低频成分，去掉低频干扰的滤波器；在电力系统中，谐波补偿时用高通滤波器滤除某次及其以上的各次谐波。 高通滤波器是指车载功放中能够让中、高频信号通过而不让低频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的低音成分，

10、增强中音和高音成分以驱动扬声器的中音和高音单元。此外高通滤波器常常和低通滤波器成对出现，不论哪一种，都是为了把一定的声音频率送到应该去的单元3。第二章 滤波系统中二阶高通滤波器设计2.1压控电压源二阶高通滤波电路电路如图3-1所示: 通带增益： Aup表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率：品质因数：电压放大倍数： 若取，可计算得：通带增益：，截止频率：，品质因数：图2-1 压控电压源二阶高通滤波电路 该电路对数幅频特性如图3-2所示3：图2-2 二阶高通滤波器对数幅频特性 由幅频特性曲线可知，当f f0 时，幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec；当Avp3时，电路自激。2.2所需

11、软件前面板（软面板） 1. 数字万用表（DMM） 2. 函数发生器（FGEN） 3. 示波器（示波器） 4. 阻抗分析仪 5. 波特分析仪（波特）2.3 所需电子元件 1. 10电阻，R1，Rf 2. 1电阻，R 3. 1电容，C 4. 741运算放大器2.4 电路连线图1.在NI ELVIS II面板上连接与如图3-3所示相似的电路图2-3 在NI ELVIS II面板上的高通滤波器电路注意：该运放采用+15VDC和-15VDC的电源供应。它们可以在该面板上标记为“DC电源供应+15V、-15V与接地”的引脚插座上找到。2. 将该函数发生器FGEN的引脚插座与该运放的输入相连接。3. 将接地

12、引脚通过一个电阻R与该运放的引脚3相连。4.将该运放的输出电压与该示波器的BNC输入连线端子CH1与接地相连接。5.将输入（）与输出（）信号与模拟输入引脚按如下方式相连接： + AI0+ （来自该FGEN的输出） - AI0- （来自接地） + AI1+ （来自运放的输出） - AI1- （来自接地）第三章 二阶高通滤波电路的测试3.1 运放电路波形的输入与输出1.在函数发生器的面板上，设置下列参数： 波形:正弦波波峰幅值：0.2Vpp频率：1kHzDC偏置：0.0V起始频率：100Hz停止频率：1kHz步进频率：100Hz单步执行时间：1s 图3-1 函数发生器面板参数设置2. 波形图的观测

13、（1） 给该NI ELVIS II面板加电。（2） 点击FGEN与示波器的运行按钮。（3） 设置触发信号为边缘触发、AI0、电压水平为0.0和事件标度为1ms。（4） 在该示波器窗口测量该运放的输入（AI0）和输出（AI1）的幅值，如图4-2所示。图3-2 运放的输入与输出信号 由波形图可见该输出信号如预期与输入信号同向，电压增益（幅值之比，AI1/AI0）为2。3.2 二阶高通运放的频率特性测试通过波特分析仪测得该二阶高通滤波器幅频响应和相频响应如图4-3所示，图4-3 二阶高通滤波器幅频响应和相频响应 可见，截止频率约为160Hz，与理论值相符合；且信号的频率越高越容易通过，滤掉了频率较低

14、的信号（噪声），实现了高通滤波特性。第4章 结论4.1对本设计优缺点的分析本次课程论文我们主要根据要求中的提示，首先确定了各个部位元件的类型，在充分分析和掌握了滤波电路的工作原理进行了认真仔细的计算和公式的推倒，最终掌握了具有一般性的相关公式，当然，在公式的验算中为了简化公式，也采取了一些小技巧，在确定满足课题要求的情况下，令电容相等，从而大大简化了计算过程，但是在设计的诸多方面（电路的稳定性，参数选择的优越性，电路的调试等）存在不足之处。4.2结论与心得1、由实验可知，当频率f为通带截止频率fc时，输出电压 Uo约为最大输出电压的0.707倍，即Au0.707AuP。2、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于 fc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，检测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得当，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。 4、通过本次实验，我掌握了滤波器的一些基本知识，理解了高通滤波器的工作原理，并对电子测量技术有了更深的了解。参考文献1清华大学电子学教研组编. 杨素行主编. 模拟电子技术简明教程（第三版）.北京：高等教育出版社，2005.2李哲英主编. 电子技术及其应用基础. 模拟部分. 北京：高等教育出版社，2003.3华中理工大学电子学