帶通濾波器設(shè)計(jì)最新123

1、14/15 . . 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3135452901 技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc313545290 h 1HYPERLINK l _Toc3135452912 設(shè)計(jì)方案與其比較 PAGEREF _Toc313545291 h 1HYPERLINK l _Toc3135452922.1方案一 PAGEREF _Toc313545292 h 1HYPERLINK l _Toc3135452932.2 方案二 PAGEREF _Toc313545293 h 4HYPERLINK l _Toc3135452942.3方案比較 PAGER

2、EF _Toc313545294 h 7HYPERLINK l _Toc3135452953 實(shí)現(xiàn)方案 PAGEREF _Toc313545295 h 8HYPERLINK l _Toc3135452963.1實(shí)現(xiàn)方案所用到的元器件 PAGEREF _Toc313545296 h 8HYPERLINK l _Toc3135452973.2實(shí)現(xiàn)方案的原理圖 PAGEREF _Toc313545297 h 8HYPERLINK l _Toc3135452983.3實(shí)現(xiàn)方案的原理分析 PAGEREF _Toc313545298 h 9HYPERLINK l _Toc3135452993.4實(shí)現(xiàn)方案的

3、實(shí)物圖 PAGEREF _Toc313545299 h 10HYPERLINK l _Toc3135453004 調(diào)試過(guò)程與結(jié)論 PAGEREF _Toc313545300 h 10HYPERLINK l _Toc3135453014.1調(diào)試過(guò)程 PAGEREF _Toc313545301 h 10HYPERLINK l _Toc3135453024.2調(diào)試與結(jié)論 PAGEREF _Toc313545302 h 11HYPERLINK l _Toc3135453035 心得體會(huì) PAGEREF _Toc313545303 h 12HYPERLINK l _Toc3135453046 參考文獻(xiàn)

4、PAGEREF _Toc313545304 h 13帶通濾波器設(shè)計(jì)1技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器要求其技術(shù)指標(biāo)要滿足一下標(biāo)準(zhǔn)：上限截止頻率：f=30kHz,下限截止頻率：f=5KHz通頻帶帶寬：Bw=25KHz,阻帶衰減速率為：-40dB/10倍頻電壓增益：4Av92設(shè)計(jì)方案與其比較2.1方案一2.1.1相關(guān)介紹濾波器:濾波器在電子電路中是一種對(duì)干擾信號(hào)或是無(wú)用的信號(hào)進(jìn)行濾除的一種裝置，包括電抗性元件L、C構(gòu)成的無(wú)源濾波器、由集成運(yùn)算放大器組成的有源濾波放大器，以與三極管濾波器等。濾波器分類:按濾波器的組成元件的不同可以分為無(wú)源濾波器和有源濾波器。按照濾波器的頻率特性不同，濾波器通?？梢苑譃樗念?/p>

5、：低通濾波器、高通濾波器、帶阻濾波器、帶通濾波器。低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲。高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制一定頻段的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。兩類響應(yīng)巴特沃斯響應(yīng)（最平坦響應(yīng)）巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦，非常接近DC信號(hào)，然后慢慢衰減至截止 HYPERLINK :/baike.baidu /view/30964.htm t _blank 頻率點(diǎn)為-3dB，最終逼近-20ndB/decade

6、的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3408150.htm t _blank 衰減率，其中n為濾波器的階數(shù)。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/391252.htm t _blank 巴特沃斯濾波器特別適用于 HYPERLINK :/baike.baidu /view/263799.htm t _blank 低頻應(yīng)用，其對(duì)于維護(hù)增益的平坦性來(lái)說(shuō)非常重要。切貝雪夫響應(yīng)在一些應(yīng)用當(dāng)中，最為重要的因素是濾波器截?cái)嗖槐匾盘?hào)的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。2.1.2帶通濾波的原理 帶通濾波器是由高通R

7、C環(huán)節(jié)和低通RC環(huán)節(jié)組成。要將高通的下限截止頻率2設(shè)置小于低通的上限截止頻率1。設(shè)計(jì)如圖：高通濾波器低通濾波器ViVoA阻帶通帶阻帶O圖1有源帶通濾波器 在有源濾波器中，除集成運(yùn)算放大器外，常包含復(fù)雜的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它是元件的組合，在分析時(shí)利用“拉普拉斯”變換將電流電壓變成“像函數(shù)”同時(shí)引入運(yùn)算阻抗代替無(wú)源元件，求解有源濾波器的傳遞函數(shù)。將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)變到頻域，輸入輸出信號(hào)都可分解成若干頻率信號(hào)。傳遞函數(shù)：（2-1-1）它有幅頻特性,相頻特性。對(duì)于有源濾波器利用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)放大作用，所以RC環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)濾波功能。其中有n個(gè)RC濾波環(huán)節(jié)就為n階濾波，越多越好！運(yùn)放使濾波器與負(fù)載隔離，增強(qiáng)了帶負(fù)載的能力。2.

8、1.3方案一的電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)如圖：圖2帶通濾波方案一電路圖圖3方案一的幅頻特性曲線由此計(jì)算其高頻和低頻指標(biāo)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)1、2分別列寫(xiě)KCL方程：-=0 （2-1-2）-=0 （2-1-3）若其電壓增益為A，則 （2-1-4）則由上式聯(lián)立得電路轉(zhuǎn)移函數(shù)：（2-1-5）所以截止角頻率： （2-1-6）（2-1-7）（2-1-8） （2-1-9）2.2方案二2.2.1方案二的電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)如圖：圖4帶通濾波方案二電路圖圖5方案二的幅頻特性曲線2.2.2上電路設(shè)計(jì)中低通濾波的相關(guān)計(jì)算常用的有源二階低通濾波器電路有兩種形式，一種是無(wú)限增益多路負(fù)反饋有源二階低通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（VCVS）有源二階

9、低通濾波器電路。在此主要介紹上電路設(shè)計(jì)中用到的壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。具體的電路如圖：圖6壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路圖7上圖低通濾波器的幅頻響應(yīng)以上電路的信號(hào)從運(yùn)放的同相輸入端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運(yùn)放和 R5、R8組成電壓控制電壓源，因此稱為壓控電壓源LPF。并且電容C3原來(lái)是接地的，改為接到輸出端，形成集成運(yùn)算放大器的正反饋。對(duì)于這個(gè)反饋，左邊的電容C3使相位超前，右邊的C4仍使相位滯后。只要參數(shù)選的合適，可使整個(gè)電路在f0附近既帶有正反饋而又不造成自激振蕩。這樣，就可使濾波器f=f0附近的電壓增益提高，使f=f0附近的對(duì)數(shù)幅頻

10、特性接近理想的水平線。低通濾波器的歸一化傳遞函數(shù)為：，其巴特沃斯低通濾波器傳遞函數(shù)的分母為，與其比較得，該低通電路的傳遞函數(shù)為： （2-2-1）與附表中低通濾波器傳輸函數(shù)的通用表達(dá)式相比較，可得濾波器性能參數(shù)的表達(dá)式如此下：低通濾波器的截止角頻率， （2-2-2） （2-2-3） （2-2-4）Q稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，由上式可知，當(dāng)按比例調(diào)節(jié)電阻和電容時(shí)，可以改變的值，但對(duì)Q和的值沒(méi)有影響，為了使幅頻特性不出現(xiàn)凸峰，Q通常取0.7。圖6電路的復(fù)數(shù)頻率特性為：- （2-2-5）對(duì)數(shù)幅頻特性為： （2-2-6）2.2.3上電路設(shè)計(jì)中高通濾波的相關(guān)計(jì)算高通濾波器是一種用來(lái)傳輸高頻信號(hào)，抑制或衰減低頻

11、信號(hào)的電路。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越接近理想高通特性。常用的有源二階高通濾波器電路有兩種形式，一種是無(wú)限增益多路負(fù)反饋有源二階高通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（VCVS）有源二階高通濾波器電路。而主要介紹上述方案中用到的壓控電壓源（VCVS）有源二階高通濾波器電路。具體設(shè)計(jì)如下圖：圖8壓控電壓源（VCVS）有源二階高通濾波器電路圖9上圖低通濾波器的幅頻響應(yīng)該電路的傳遞函數(shù)： （2-2-7） 其中：（2-2-8）= （2-2-9）= （2-2-10）圖8電路的復(fù)數(shù)頻率特性為：（2-2-11）對(duì)數(shù)幅頻特性為： （2-2-12）其中Q=2.3方案比較方案一和方案二的比較：方案一和方案二的不同體

12、現(xiàn)在濾波的階數(shù)上，方案一是二階濾波，方案二是四階濾波，其對(duì)應(yīng)的幅頻響應(yīng)的斜率分別為-20dB每十倍頻，-40dB每十倍頻。斜率的絕對(duì)值越大越能接近濾波器的理想狀態(tài)，越精確。其次他們的不同還體現(xiàn)在濾波器電路中所用的運(yùn)放上，方案一用了一個(gè)運(yùn)放，而方案二中運(yùn)用了兩個(gè)運(yùn)放。兩個(gè)運(yùn)放相對(duì)于一個(gè)使輸出的阻抗變得更低，使RC濾波器與負(fù)載隔離，有更好的帶負(fù)載能力，使濾波器的參數(shù)將更不易受負(fù)載影響。并且此處的運(yùn)放為同相比例放大電路，對(duì)電路有放大作用，方案二提高了放大倍數(shù)。該電路都采用了壓控型濾波器。正反饋的加入使濾波器在f0附近的電壓增益提高，使f0附近的對(duì)數(shù)幅頻特性接近理想的水平線。方案二現(xiàn)對(duì)于一能更好地實(shí)現(xiàn)

13、該優(yōu)勢(shì)。3 實(shí)現(xiàn)方案通過(guò)兩種方案的比較可以看出方案二更有優(yōu)勢(shì)，更能使帶通濾波的特性展現(xiàn)出來(lái)，所以最后選擇了方案二，作為實(shí)現(xiàn)方案。3.1實(shí)現(xiàn)方案所用到的元器件表1 實(shí)現(xiàn)方案所用的元器件序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1面包板12電阻8.2k43電阻47 k24電阻27k25運(yùn)算放大器UA74126電容68127電容68223.2實(shí)現(xiàn)方案的原理圖其原理圖如下：圖10帶通濾波的仿真圖其幅頻特性曲線：圖11帶通濾波電路的幅頻特性曲線3.3實(shí)現(xiàn)方案的原理分析該方案由壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路和壓控電壓源（VCVS）有源二階高通濾波器電路組成。低通濾波器提供上限截止頻率，高通濾波器提供下限截止頻

14、率，二者結(jié)合出現(xiàn)通頻帶。上圖中，左邊是高通濾波器，右邊是低通濾波器。圖中R4與R5、R7與R8實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大，和兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成同相比例放大電路。R1與C1、R2與C2構(gòu)成高通濾波器，R2引入正反饋，使相位超前，R1使相位落后，只要參數(shù)合適，可以使fo附近既有正反饋又不造成自激振蕩。這樣就使fo附近的電壓增益提高，又使其附近的對(duì)數(shù)幅頻特性接近理想水平線。同樣的R5與C4、R6與C3構(gòu)成低通濾波器，C4引入正反饋，作用同R2。由得：f上= 28.9kHz由得：f下= 2.89kHz通頻帶：Bw=26kHz,阻帶衰減速率為：-40dB/10倍頻3.4實(shí)現(xiàn)方案的實(shí)物圖圖12實(shí)物圖4 調(diào)試過(guò)程與結(jié)論

15、4.1調(diào)試過(guò)程對(duì)于一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù)期的效果。這是因?yàn)槿藗冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全的考慮各種復(fù)雜的客觀因素，必須通過(guò)安裝后的測(cè)試和調(diào)整，來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足。然后采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。4.1.1調(diào)試前的檢查在電子元件安裝完畢后，我們?cè)谒奚嵊萌f(wàn)用表進(jìn)行了測(cè)試，看導(dǎo)線、電阻是否正常工作。以與檢查連線是否正確。我們按照電路圖以一定的順序檢查安裝的線路，看到?jīng)]有錯(cuò)誤。4.1.2調(diào)試方法與原則(1)通電觀察把經(jīng)過(guò)檢查的電路接入到準(zhǔn)確測(cè)量的電源中。觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，主要包括有無(wú)元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味，電源是否有短路現(xiàn)象等，如果有這類的現(xiàn)象

16、，應(yīng)該立即斷開(kāi)電源，排除故障后再重新通電。（2）動(dòng)態(tài)調(diào)試在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率和幅值的信號(hào)，并循著信號(hào)流方向來(lái)檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形，參數(shù)和性能指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)故障和與理論值有太大偏差就要排查檢測(cè)出原因，然后與時(shí)的改正（3）調(diào)試的注意事項(xiàng)在調(diào)試時(shí)為了保證效果，必須盡量的減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。要注意以下幾點(diǎn)：正確地使用儀器的接地端。正確選擇測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)不同對(duì)同一臺(tái)儀器可能得到不同的測(cè)量值。在運(yùn)放的電源端一定要爭(zhēng)取的接入電源，我們?cè)谡{(diào)試時(shí)就沒(méi)有接入-12v，結(jié)果不能出來(lái)預(yù)期的圖形。4.2調(diào)試與結(jié)論 在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)如果電路沒(méi)有問(wèn)題，就主要觀測(cè)器帶通功能的實(shí)現(xiàn)是否合理，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證看到下限截止頻率為

17、2.81kHZ,上限截止頻率為28.7 kHZ,和理論值相當(dāng)，大致符合技術(shù)指標(biāo)的要求。圖13在3.6KHz下的輸出波形5 心得體會(huì)在電子電路中，輸入信號(hào)的頻率有很多，其中有些頻率是需要的工作信號(hào)，有些頻率是不需要干擾信號(hào)頻率分量。如果這兩個(gè)信號(hào)在頻率成分上有較大的差別，就可以用濾波的方法將所需要的信號(hào)濾出。為了解決上述問(wèn)題，我們必須要采用濾波電路，這就是這次課設(shè)的意義所在。而對(duì)于我來(lái)說(shuō)：通過(guò)這此課程設(shè)計(jì)，首先最大的收獲就是認(rèn)識(shí)了面包板，面包板是一個(gè)很好的電路搭建平臺(tái)，它簡(jiǎn)單容易操作，對(duì)操作技術(shù)沒(méi)有過(guò)高的要求，很適合我們學(xué)生用，其次通過(guò)這次課設(shè)讓我更好地認(rèn)識(shí)到了protues軟件在電路仿真中的應(yīng)

18、用，它的功能是很強(qiáng)大的！最后這次課設(shè)也讓我跟好的掌握了濾波器的特性，特別是帶通濾波器的特性與實(shí)現(xiàn)，讓我接觸到了很多在模電書(shū)中沒(méi)有深入了解的知識(shí)，如Q品質(zhì)因數(shù)，傳遞函數(shù)，巴特沃斯特性和切比雪夫特性。在剛拿到課設(shè)的課題與要求時(shí)，感覺(jué)自己有種無(wú)弄能為力的感覺(jué)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們的老師并沒(méi)有將很多關(guān)于濾波器方面的知識(shí)，而與電容電感這些元器件有關(guān)的計(jì)算向來(lái)就比較麻煩，自己就有點(diǎn)怕，但是還好自己并沒(méi)有被這種心理所馴服，自己在網(wǎng)上收資料，去圖書(shū)館，看模電書(shū)，自己一點(diǎn)點(diǎn)的學(xué)。先在模電書(shū)上第三章的一階RC低通高通濾波電路的引入開(kāi)始，了解RC低通濾波電路的特點(diǎn)：電阻在前，電容在后；RC高通濾波電路的特點(diǎn)：電容在前，電阻在后；并在深入了解其相應(yīng)的計(jì)算后，就通過(guò)第八章有源濾波器的學(xué)習(xí)更加深入的了解了低通濾波和高通濾波、帶阻濾波、帶通濾波的特點(diǎn)，與其實(shí)現(xiàn)方案，當(dāng)然書(shū)本上的知識(shí)有限，要想再深一步的了解還要通過(guò)上網(wǎng)、圖書(shū)館查閱相關(guān)的資料。彌補(bǔ)了課本知識(shí)的不足。而等到把原理差不多弄懂之后，在實(shí)現(xiàn)電路時(shí)我們又遇見(jiàn)了難題，因?yàn)槲覀円郧皬膩?lái)就沒(méi)有接觸過(guò)面包板，更別提在上面連電路了。所以我們就先查下面包板一般的特點(diǎn)，這就了解了它是豎著接通