有源带通滤波器设计.doc

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1、有源带通滤波器设计一.有源带通滤波器简介带通滤波器（band-passfilter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLCcircuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。二．工作原理一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，

2、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，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。除了电子学和信

3、号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。有源带通滤波器电路三．设计要求：要求频率范围10-20kHzf1=10kHz,f2=20kHz四.实验原理和设计思路有源带通滤波器可由有源低带滤波器与有源高通滤波器组成，因此将有源低通滤波器截止频率为20kHz,有

4、源高通滤波器的截止频率为10kHz.考虑到实验时间比较紧，实验的仪器比较简单，我们小组最后决定使用二阶的滤波器。下表为巴特沃思低通、高通电路阶数N与增益G的关系阶数N2468增益G一级1.5861.1521.0681.038二级2.2351.5861.337三级2.4831.889四级2.610由上表可找二阶巴特沃思滤波器的Avf1=1.586,因此由两级串联的带通滤波电路的通带电压为2.515，由于所需要的通带增益为0dB,因此在低通滤波器输入部分加了一个由两电阻组成的分压器。最终电路图如下：

5、（1）低通滤波器设计有源低通滤波电路一般都是由RC滤波电路和同相比例放大电路组成。电路输入电压频率越大，输出电压的幅值越小。当电压的幅值减小到原幅值的1/√2倍时，此时的频率即为截止频率。我们用2阶巴特沃思滤波器来实现低通滤波功能。选定C=1nf和fH=20kHz,，由公式：ɯ=1/RC得R1=7.95kΩ,由于实验提供的电阻阻值有限，现选6.8kΩ+1kΩ=7.8kΩ，即R1=7.8kΩ。Avf1=1.586,同时尽量要使运放同相输入端和反相输入端对地直流电阻基本相等，R4=51kΩ,R9=9

6、1kΩ。R5=（Avf1-1）*R4=30kΩ。低通滤波器的交流小信号分析：从上图知当f=20kHz时，信号出现了衰减，仔细了解参数后，得出3dB的衰减，说明电阻电容设计正确。低通滤波器的波特分析：从波特图更能看出在20kHz处的衰减，大概为3dB.（1）高通滤波器设计高通滤波器与低通滤波器相似，只是将电阻电容交换了位置，C=100nf,fL=10kHz,使用上述公式可得R7和R8为180Ω，实验中只有200Ω，所以R7=R8=200Ω。R8=（Avf1-1）*R9=53kΩ。高通滤波器的交流小

7、信号分析：高通滤波器的波特分析：从上图知当f小于10kHz时，信号有衰减，仔细了解参数后，得出3dB的衰减，说明电阻电容设计正确。五.实验multisim仿真实验波特图：利用波特图仪可以方便地测量和显示电路的频率响应，波特图仪适合于分析滤波电路或电路的频率特性，特别易于观察截止频率。[5]在Multisim软件的虚拟仪器栏中选择波特图示仪，如图三电路图中的XBP1，将波特图示仪的IN、OUT端分别连接到电路的输入端与输出端，再点击仿真按钮进行仿真，得示波器图：在Multisim软件的虚拟仪器栏中

8、选择虚拟双踪示波器，将示波器的A、B端分别连接到电路的输入端与输出端，再点击仿真按钮进行仿真。下图为输入信号频率为1KHz，幅度为1mV时，由虚拟示波器测试得到的二阶带通滤波器电路输入输出情况。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。五.元件清单及芯片管脚图：序号名称型号数量1运算放大器LM324N12电容104210223电位器100kΩ24电阻20kΩ112kΩ151kΩ16.8kΩ11kΩ1200Ω291kΩ1LM324N管脚图：五.调试过程与遇到的困难1．接好线路后，输入15kHz的正弦波，