二阶有源带通滤波器的设计要点

1、设计任务书一、设计目的掌握二阶压控电压源有源滤波器的设计与测试方法二、设计要求和技术指标带通滤波器：通带增益Aup=2;中心频率：f=lkHz;品质因数Q=0.707.要求设计电路具有元件少、增益稳定、幅频响应好等特点。2、设计内容及步骤(1)写出电路的传递函数，正确计算电路元件参数，选择器件，根据所选器件画出电路原理图，并用multisim进行仿真。(2)安装、调试有源滤波电路。(3)设计实验方案，完成滤波器的滤波性能测试。(4)画出完整电路图，写出设计总结报告。三、实验报告要求L写出设计报告，包括设计原理、设计电路、选择电路元器件参数、multisim仿真结论。2、组装和调试设计的电路检验

2、该电路是否满足设计指标。若不满足，改变电路参数值，使其满足设计题目要求。3、测量电路的幅频特性曲线。4、写出实验总结报告。随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构

3、成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。RC有源滤波器设计1.1 总方案设计1.1.1 方案框图图1.1.1RC有源滤波总框图1.1.2子框图的作用1RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。2放大器的作用电路中运

4、用了同相输入运放，其闭环增益RVF=1+R5/R4同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。3反馈网络的作用将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。1.1.3方案选择1 .关于滤波器类型的选择一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。当要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和高通滤波器合成，这比单纯用带通滤波器要好2、运放的要求在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器

5、。为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增应在80dB以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为Fh,则运放的单位增益宽带应满足下式：于等于（3-5）AefH,式中为滤波通带的传输系数。如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，贝诞低漂移运放。如果滤波器工作于超低频,以至使RC网络中电阻元件的值超过lOOkQ，贝U应选低漂移高输入阻抗的运放。2.元器件的选择fc( CD c)带内增益Av,以及品质因般设计滤波器时都要给定截止频率数Q在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于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，这就需要设计者自行

6、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1.1.3初选电容值。表1.13滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(1-10)Hz(10-102)(102103)Hz(1-10)KHz(10-103)KHz(102-103)C(20-10)F(10-0.1)uF(0.1-0.01)(104-103)pF(103s102)pF(102-10)pF1.2 单元电路设计1.2.1. 原理图设计Z3T12KBP1滤泄需的传编函却与性能参豺由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急

7、剧衰减此频率范围以外的信号，因受运算放大器带宽限制，这类滤波器仅适用于低频范围，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦响应和切比雪夫等波动响应。在不许带内有波动时，用巴特沃斯响应较好，如果给定带内所允许的纹波差，则切比雪夫响应较好。幅频特性曲线如下：123已知条件与设计步骤1已知条件已知滤波器的响应、滤波器的电路形式、滤波器的类型、滤波器的性能参数f“Q,BW或4类型传输函数带通222A，、Z、2设计步骤(1)根据截止频率，从表L1.3中选定一个电容C的标称值，使其满足K=100/fcC(如带通K=100/f°C)。(1.2.

8、3)注意：K不能太大，否则会使电阻的取值较大，从而使引入增加，通常取KK<10o(2)从设计表中查处与Av对应的电容值及K=1时的电阻值。再将这些阻值乘以参数K,的电阻的设计值。(3)实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性。表123电路设计表©二阶带通滤波器设计表性能参数23c=1/(R2C)(1/Ri+1/R3)Q=3o/BW或f°/BW(BW<<30)设计表电路元件值(Q=0.707)代=2jR<|=15.92kR2=15.92KR3=31.83K2注意事项(1)电阻的标称值尽可能接近设计值，可适当选用几个电阻串、并联；尽

9、可能采用金属膜电阻及容差小于10%勺电容,影响滤波器性能的主要因素是R/R、C/C及运放的性能。实验前应测量电阻，电容的准确值。(2)在测量过程中，若某项指标偏差较大，则引发更据设计表调整修改相应元件的值。1.3 元件参数的计算1.3.1. 二阶带通滤波器1参数表达式223o=(l/Ri+1/R3)/R2C(1.3.3.1)Q=3o/Bw(1.3.3.2)A=1+Fs/R4(Av<2)(1.3.3.3)2参数计算因为通带增益Av=2;截止频率fH=1000HZUi=100mV所以通过查表得fF100HZ时，取C=0.1UF,由式Q23)计算对应的参数K=10b从表(123(c)取Q=1Q

10、得A=2时,取C=C=0.01UF;R1=15.92KQZR2=15.92KQ尺=31.83K,R4=20,R5=11.72KQO1.4 工作原理滤波电路是一种能使杨浦用频率通过，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。带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路。2.2果分析1二阶带通滤波电路表2.2.1.3测量分析二阶带宽电路幅频特性RIR2R3R4R5CAumf/dB测量值fn/HZ测量值fH

11、/HZ理论值15.92k15.92k31.83k20k11.72kO.Olu-2.31.932K1.932K2.2.2理论值计算及分析1计算fp2A : 2 +4+(3 Auf »fm牛4+4.(3fp2A: 2+4+(3 Auf »Ms)U°(s)=Aq(2.321)S2-So/Q一心2S=j3H(s)|(2.3.2.2)A(s)=A°s/(s+3Cs/Q+3c)H(s)|KiQft-H（s）SUo(s) _ s%/Qs2 s 一 o/Q(2.323)其中带通滤波器的中心角频率。、电路的品质因数Q和电路的增益A。分别(2324)Ro Rf1 2D D

12、J7tR2Rf2心 (2.325 )在工程上，定义增益自A（fO）下降3dB（即0.707倍）时的上、下限频率之差值为通频带,用BW0.7表示。要求其值大于有用信号的频谱宽度，保证信号的不失真传输。综上分析可知：当有源带通滤波器的同相放大倍数Au = l+R5/R4变化时，既影响通带增益A0，又影响Q值（进而影响通频带BW0.7）,而中心角频率30与通带增益A0无关。2分析(3)带通滤波器仿真结果分析电路的幅频特性的衰减速率主要由电路的品质因数Q决定。测的数据如表2.2.13Tihw54 039 F 779 57 rrV574 CT- fVReverseSaveSeale | MO X pot

13、rtAn pDiwSeale |5 VjDIWYoSeaJe 1500 mV 6 普IY pwrti&n |0 4匡已护'L*W«II| JTTL 11M PE - i 一1|V(YATAdd耳41比耳112IQWaJAC|gfTCA-1al»p吕吨|理。南Mw|lhkg(c)伯德图Mode''丁 .二三Vertioa| LogUn |FpOO| 犯 pooprReverse I Save I Set. |据仿真结果可以看出：当Q=0.707时幅频特性比较平坦,当Q>0.707幅频特性会出现峰值现象。在Q=0.707情况下，当f=fn时

14、，20lg|Au/Auf|=-3dB,即特征频率fn就是滤波器的截止频率，并且，Q越大曲线越尖锐。3、心得体会武亚军：本次试验我组要负责电路图设计和电路的仿真和调试。感受与前几次不同，该课题原理较简单，很容易理解、下手操作，但是真正开始设计的时候，却也不那么简单，参数的计算，元器件的选择很是烦琐，调试的过程非常考验耐心。但是总的来说完成此次课程设计过程中对我们的启发很大，我和我的组员收获都挺大。回想起此次课程设计过程中，遇到不明白的问题时，我们小组一起讨论分析，查阅相关参考资料，困难都迎刃而解，这使我深深感受到了团队合作的力量。本学期模拟电子技术最后一次课程设计的完成，感触和当初有很大的不同，

15、经过这几次的实际锻炼，动手能力明显有很大的提高，对于电子课题设计的相关思想也有一定的领悟，锻炼了独立思考能力，对电子电路相关设计软件也基本能熟练掌握了，所以很感谢老师为我们提供的这次锻炼我们自身能力的机会。石淑敏：在实验过程中我主要负责数据的计算、处理、分析，刚开接触这个课题时候，令我很欣喜，因为我对滤波电路这一块相对较为熟悉，首先我按照小组的分工开始进行数据的相关计算和处理，但我们组几次调试结果都和理论值相差甚远，大家一度陷入困惑当中，最后各自反思自己的部分，发现我的数据处理的问题，事实上这块还有很多细节很容易闹混，尤其是这块的电阻参数和两个截止频率很容犯错。通过此次课程设计，使我更加扎实的

16、掌握了有关模拟电子技术方面的有关知识，尽管在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门辩思课，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知

17、识。从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。张金波:在实验过程中我主要负责资料检索、整理以及编写报告。此次课程设计，我主要负责资料检索，通过上网查找资料，去图书馆查阅相关书籍，为小组成员积极提供帮助，同时整理数据整理资料，编写实验报告。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获得最终的检测调试环节，本身就是在践行过而能改,善莫大焉的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题,最后都经过不懈努力解决了，在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能

18、成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，更重要的是，在实验课上，我们学会了更多学习的方法。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多,从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到很多问题，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。