带通滤波器的设计

1、一一设设计计目目的的二二设设计计任任务务及及要要求求八设设计计体体会会与与感感想想四电电路路的的模模块块与与整整体体结结构构五参参数数计计与与器器件件选选择择六仿仿真真与与调调试试七故故障障分分析析三三设设计计原原理理设计目的 学习基本理论知识在实践中综合应用，掌握模拟电路设计的基本方法、步骤，锻炼基本的设计与调试能力。 学会滤波器的设计、仿真、调试方法及故障排除。 培养实践技能，发现问题、分析和解决实际问题的能力。设计要求 设计一个带通滤波器，滤波频率在1KHz30KHz,即带宽为29KHz; 在通频带内纹波1dB； 单倍程衰减40dB.设计原理 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例

2、如在通带内没有增益或者衰减， 并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象。 电路结构 整体构思： 在设计带通滤波器时是采用低通与高通的级联来实现的，将信号先输入低通滤波器，在低通滤波器中截止频率为30KHz,然后将低通输出信号输入高通中，高通滤波器的截止频率为1KHz,这样使得最终输出信号频率为1KHz30KHz。1.电路模块 低通模块：截止频率为30KHz的低通滤波器的设计电如下：高通模块截

3、止频率为1KHz的高通电路图如下：电路整体结构参数及器件选择由设计要求纹波小于1dB，可知须选用1dB无限增益的切比雪夫设计表，在此设计过程中重要公试： K=100/f*C(f单位为Hz，C的单位为Uf，K为一系数，由所得的K值乘以表中数据，可得所选电阻，电容的值）低通滤波器的基本电路图：1dB八阶无限增益切比雪夫低通滤波表高通滤波器的基本电路图：1dB八阶无限增益切比雪夫高通滤波表器件选择 根据设计要求单倍程衰减40dB,而6dB/单倍程，一个无线增益的低通滤波基本电路是二阶滤波，故选择设计八阶，即4个二阶进行阶联，对于高通一样，故最终设计电路为十六阶。 在低通滤波由于带宽只有30KHz，所

4、以选择LM324，因为LM324增益带宽积小，同时价格适中， 在高通滤波电路中由于带宽很高，故选用增益带宽积较大，性能较为稳定的集成运放，故选用OP07DP仿真及调试 利用Mulitisim仿真软件仿真，其波特图如下：带通滤波器输出波形输入频率为800Hz时输入与输出波形如下：输入频率为15KHz时输入与输出波形输入频率为35KHz时输入与输出波形调试及参数测量频率f(Hz)1008001K1.2K1.4K1.6K2K3K3.5K输出电压U/(v)00.070.150.340.460.480.50.70.9频率f(Hz)4K5K5.5K6K6.5K7K7.5K8K8.5K输出电压U/(v)1.

5、21.41.71.851.91.91.651.91.75频率f(Hz)9K9.5K10K10.5K11K11.5K12K12.5K13K输出电压U/(v)1.21.110.860.820.780.680.630.62频率f(Hz)13.5K14K14.5K15K15.5K16K16.5K17K17.5K输出电压U/(v)0.580.560.520.480.460.420.410.40.38频率f(Hz)18K19K19.5K20K25K30K35K40K45K输出电压U/(v)0.360.320.310.30.240.20.150.0120参数用软件绘图如下：故障分析 将带通拆分开，对低通与高

6、通部分性能分别进行检测与调试，在测试低通时发现输出波形如下： 经分析可知是集成运放的原因，运放将输出波形中的干扰波经过示波器后聚集在一起，产生了毛刺，但是最终还是未能解决， 在测量高通时，发现输出的波形没仿真时的理想，输出的波形出现了杂波，高通输出波形如下： 针对这一问题，经过分析，认为是静态工作点不合适，通过改变直流电源，输出的波形较之前好了好多，但还是杂波影响严重，尚未解决，仅仅猜测是阶数太高，抗干扰能力弱，另外，在仿真中使用的电阻在商场中买不到，所以阻值有些变化吧，这两因素影响了输出波形 在测试时存在这样一个问题：在1KHz30KHz频率内，但频率小于2KHz,大于16KHz时波形有些严

7、重失真，而当输入小于1KHz时，输出波形又正常，原因为查出。 在测试时发现在频率范围内，不管如何改变输入频率，输出波形均失真，最终调试发现输入信号幅值有点大； 带通延时带通延时 在测试时，带通有延时现象，在调到截止频率以上时，带通滤波立刻不能截止，会闪几下，然后截止，且不稳定。经在网上查资料及分析，这个问题极有可能是高通通过的频率较高，板子的电容和电阻的排布有严重问题，RC自激现象严重所致。 稳定性差，测试时发现波形输出不正常，将滤波器放一会儿，再去测试，发现输出不正常了，也许是元器件的原因。 电路元件的排布影响整个电路的输出，在我们3人小组做出的东西进行测试时，同一个电路图不同的元件排布，对输出波形影响各不同，尤其电阻与电容的排布，因为两者距离影响RC选频网络对信号的筛选。 芯片发烫 解决方法：管脚短路 高通电路某一级错误;在测试高通时，采用逐阶测试，发现有一阶输出异常，查资料后并未仿真错误，原因不明 直流电源对输出波形影响较大，在调试时发现LM324与OP07DP的静态工作电有差异，故影响信号的最终输出设计感想与体会 通过这个假期对滤波器的设计，发现理论与实际相差很大，在