2023年高通滤波器实验报告

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本科试验报告

课程名称：电路基础

试验项目：高通滤波器

试验地点：跨越机房电子工艺试验室专业班级：电信1002学号：

同学姓名：

指导老师：

2022年12月30日

一、试验目的和要求高通滤波器(指标)：

通带边界频率ωc=5652rad/s(fc=900Hz);最大通带衰减αmax=3dB;阻带边界频率ωs=942rad/s(fc=150Hz);最大通带衰αmin=30dB;k取1。

二、试验内容和原理

1、按照指标推导电压转移函数

巴特沃斯滤波器电压转移函数的通用表达式为

110

...)

()()(HbbbsKbsUsUsnninout++++=

=

-??

（2）

在通带最大衰减dB3max=α时，巴特沃斯低通滤波器阶次n确实定办法为

s

nΩ-=

lg2)

110lg(min1.0α（3）

式中minα为技术指标给出的阻带最小衰减，sΩ为与阻带边界频率sω对应的归一化阻带边界频率。

按照技术指标要求，6942056520===Ωcsswω，故

293.1lg2)110lg(min1.0=≈Ω-=s

nα。

其中K为常数，是滤波器的增益（要求K=1）；n为巴特沃斯低通滤波器的阶次。在n=2,4,6,……，时，上式可以分解为

∏=??

++==2

1

2)()

()(Hn

kkkk

inoutbsasAsUsUs（4）

在n=1，3，5，……，时，上式可以分解为

∏-=??

+++=

=2

1

12

)()

()(Hnkk

kk

inoutbsasAbsAsUsUs（5）

其中（4），（5）式中kA，k=0，1，2，…为各分解因式构成的滤波器增益。

上述两种状况下，设定10=b，并令k=1，2，……，则各项系数

可采纳下式求得

1,22)12(sin

2==-=kkbn

kaπ

（6）

故电压转移函数为0

120

)

()()(HbsbsKbsUsUsinout++=

=

?

?

。

设ωj=s，相应22)(sωj=。则设低通转移函数为

b

assKb

s++=2

)(H

将上式中的s以s/wc代替得到实际的转移函数如下

b

was

ws

Kbsc

c++=

2)()(H

收拾得

2

2

2

)(HcccbwaswsKbws++=

将其与（1）式用系数对照法可得方程组

22

131KbCCRR1

cw=

cawRRR=++1

321C1)111(

22

132bCCRR1

cw=

令321RRF1C==，，则据此得到所有元件值为

1C1=

2

112cawR+=

2

321

2c

awRR+=

=2

22b121

Ccc

waw）（+=

按照（6）可知1,2==ba；

所以

将转移函数举行反归一化，即另错误！未找到引用源。

得到实际转移函数

2、设计电路图及各元件的挑选

设计电路图如下：

列节点方程求解转移函数

节点1(S错误！未找到引用源。

节点2错误！未找到引用源。=0

解得错误！未找到引用源。

对照解得的电压转移函数和推得的电压转移函数里各项的

系数并且令错误！未找到引用源。,可以得到

1

1121

125652RCRC+

=

(1)2

21121

5652RCRC=

(2)

联立得64.7501=RΩ51.2082=RΩ

三、主要仪器设备（必填）：

一台计算机、电容、电阻、运算放大器、信号发生器、稳压电源、示波器等

四、操作办法与试验步骤和运行结果

仿真软件环境：multisim11.0

1、仿

真原理图：

2、仿真结果：

1）波特图仿真：

（1）900Hz下衰减=maxa3dB

高勇2022001219

2）150Hz下衰减

a30dB

min

高勇2022001219

分析：从图中可知，频率为150Hz时衰减为31.533dB>30dB；频率为900Hz时衰减为3.076dB≈3dB所以按照仿真数据设计符合技术指标要求。

2)频率变化（信号发生器输入电压不变）

1.通带边界频率（fc=900Hz）,虚拟示波器波形

高勇2022001219

2.阻带边界频率（fc=150Hz）,虚拟示波器波形

高勇2022001219

3.阻带内的频率（100Hz）

高勇

2022001219

4、通带内的频率（1000Hz）

高勇

2022001219

5、fc=500Hz时的过渡带，示波器图

高勇2022001219

五、试验结果与分析（必填）

1）当频率为150Hz时，输出电压几乎衰减为零变为直线，体现出通高频，截低频的特性

2)当频率为900Hz时，输出电压几乎不衰减，和输入电压相

比变化很小，体现出通高频特性。

3）当频率为500Hz时，输出电压输入电压相比有了显然衰

减，体现出衰减低频特性。

六、实际电路检测

因为试验器材有限，无法找到严格符合要求的原件，因此对于200Ω的电阻我们采纳两个分离为100Ω的电阻串联（这已是当初状况下最小误差），750Ω电阻符合要求。电容C1、C2彻低符合要求为0.2和1uF，运算放大器为LM324型14脚运算放大器。

LM324运算放大器如下图：

运算放大器端口4为偏置电源正极输入端，11为偏置电源负极输入端。其他三个一组分离为一个运算放大器，本次实验我们使用1、2、3端口，其中1为输出端，3为同相输入端，2为反相输入端。

1、实物衔接图：

结果验证：

900Hz时

150Hz时

2、分析：从试验结果可知电源频率在通带内900Hz时，输出电压幅度与原波形差不多，当频率降至阻带边界频率150Hz时输出电压幅度有很显然的下降，当信号发生器频率为过渡带时，输出电压幅度较原始幅度降低。综上可知，本电路高通性能良好，符合设计要求。3．误差分析

⑴电路衔接得不太紧，导致接触不良会对波形产生干扰。

⑵选取的原件值与计算的有一定的出入。

⑶仪器本身具有仪器误

六、研究、心得

通过此次电路课程设计，我不仅学会了正确使用Mulstim11.0

这种电路模拟软件，同时也体味到了软件带来的无限乐趣。虽

然在设计过程中，我们做的只是在已有电路原理图基础上，按

照自己的计算得出我们所需要的数据，并不是真正意义的设计，但不断的失败与尝试更让我明了了努力付出的价值所在。与此

同时，在模拟电路的过程中