帶通濾波器設計最新123

1、14/15 . . 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3135452901 技術指標 PAGEREF _Toc313545290 h 1HYPERLINK l _Toc3135452912 設計方案與其比較 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 實現(xiàn)方案 PAGEREF _Toc313545295 h 8HYPERLINK l _Toc3135452963.1實現(xiàn)方案所用到的元器件 PAGEREF _Toc313545296 h 8HYPERLINK l _Toc3135452973.2實現(xiàn)方案的原理圖 PAGEREF _Toc313545297 h 8HYPERLINK l _Toc3135452983.3實現(xiàn)方案的原理分析 PAGEREF _Toc313545298 h 9HYPERLINK l _Toc3135452993.4實現(xiàn)方案的

3、實物圖 PAGEREF _Toc313545299 h 10HYPERLINK l _Toc3135453004 調試過程與結論 PAGEREF _Toc313545300 h 10HYPERLINK l _Toc3135453014.1調試過程 PAGEREF _Toc313545301 h 10HYPERLINK l _Toc3135453024.2調試與結論 PAGEREF _Toc313545302 h 11HYPERLINK l _Toc3135453035 心得體會 PAGEREF _Toc313545303 h 12HYPERLINK l _Toc3135453046 參考文獻

4、PAGEREF _Toc313545304 h 13帶通濾波器設計1技術指標設計一個帶通濾波器要求其技術指標要滿足一下標準：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設計方案與其比較2.1方案一2.1.1相關介紹濾波器:濾波器在電子電路中是一種對干擾信號或是無用的信號進行濾除的一種裝置，包括電抗性元件L、C構成的無源濾波器、由集成運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：它允許信號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲。高通濾波器：它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量。帶通濾波器：它允許一定頻段的信號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制一定頻段的信號，允許該頻段以外的信號通過。兩類響應巴特沃斯響應（最平坦響應）巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦，非常接近DC信號，然后慢慢衰減至截止 HYPERLINK :/baike.baidu /view/30964.htm t _blank 頻率點為-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 低頻應用，其對于維護增益的平坦性來說非常重要。切貝雪夫響應在一些應用當中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。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設置小于低通的上限截止頻率1。設計如圖：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，除集成運算放大器外，常包含復雜的無源網(wǎng)絡，它是元件的組合，在分析時利用“拉普拉斯”變換將電流電壓變成“像函數(shù)”同時引入運算阻抗代替無源元件，求解有源濾波器的傳遞函數(shù)。將信號從時域轉變到頻域，輸入輸出信號都可分解成若干頻率信號。傳遞函數(shù)：（2-1-1）它有幅頻特性,相頻特性。對于有源濾波器利用運放實現(xiàn)放大作用，所以RC環(huán)節(jié)實現(xiàn)濾波功能。其中有n個RC濾波環(huán)節(jié)就為n階濾波，越多越好！運放使濾波器與負載隔離，增強了帶負載的能力。2.

8、1.3方案一的電路設計設計如圖：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算其高頻和低頻指標。對于節(jié)點1、2分別列寫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方案二的電路設計設計如圖：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上電路設計中低通濾波的相關計算常用的有源二階低通濾波器電路有兩種形式，一種是無限增益多路負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計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以上電路的信號從運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原來是接地的，改為接到輸出端，形成集成運算放大器的正反饋。對于這個反饋，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)的通用表達式相比較，可得濾波器性能參數(shù)的表達式如此下：低通濾波器的截止角頻率， （2-2-2） （2-2-3） （2-2-4）Q稱為濾波器的品質因數(shù)，由上式可知，當按比例調節(jié)電阻和電容時，可以改變的值，但對Q和的值沒有影響，為了使幅頻特性不出現(xiàn)凸峰，Q通常取0.7。圖6電路的復數(shù)頻率特性為：- （2-2-5）對數(shù)幅頻特性為： （2-2-6）2.2.3上電路設計中高通濾波的相關計算高通濾波器是一種用來傳輸高頻信號，抑制或衰減低頻

11、信號的電路。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，一種是無限增益多路負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。具體設計如下圖：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電路的復數(shù)頻率特性為：（2-2-11）對數(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，其對應的幅頻響應的斜率分別為-20dB每十倍頻，-40dB每十倍頻。斜率的絕對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放上，方案一用了一個運放，而方案二中運用了兩個運放。兩個運放相對于一個使輸出的阻抗變得更低，使RC濾波器與負載隔離，有更好的帶負載能力，使濾波器的參數(shù)將更不易受負載影響。并且此處的運放為同相比例放大電路，對電路有放大作用，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附近的對數(shù)幅頻特性接近理想的水平線。方案二現(xiàn)對于一能更好地實現(xiàn)

13、該優(yōu)勢。3 實現(xiàn)方案通過兩種方案的比較可以看出方案二更有優(yōu)勢，更能使帶通濾波的特性展現(xiàn)出來，所以最后選擇了方案二，作為實現(xiàn)方案。3.1實現(xiàn)方案所用到的元器件表1 實現(xiàn)方案所用的元器件序號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注1面包板12電阻8.2k43電阻47 k24電阻27k25運算放大器UA74126電容68127電容68223.2實現(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實現(xiàn)對輸入信號的放大，和兩個運放構成同相比例放大電路。R1與C1、R2與C2構成高通濾波器，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，又使其附近的對數(shù)幅頻特性接近理想水平線。同樣的R5與C4、R6與C3構成低通濾波器，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實現(xiàn)方案的實物圖圖12實物圖4 調試過程與結論

15、4.1調試過程對于一個電子裝置，即使按照設計的電路參數(shù)進行安裝往往也難于達到預期的效果。這是因為人們在設計時，不可能周全的考慮各種復雜的客觀因素，必須通過安裝后的測試和調整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設計方案的不足。然后采取措施加以改進，使裝置達到預定的技術指標。4.1.1調試前的檢查在電子元件安裝完畢后，我們在宿舍用萬用表進行了測試，看導線、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)]有錯誤。4.1.2調試方法與原則(1)通電觀察把經(jīng)過檢查的電路接入到準確測量的電源中。觀察有無異?，F(xiàn)象，主要包括有無元件發(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、，應該立即斷開電源，排除故障后再重新通電。（2）動態(tài)調試在電路的輸入端接入適當頻率和幅值的信號，并循著信號流方向來檢測各有關點的波形，參數(shù)和性能指標。發(fā)現(xiàn)故障和與理論值有太大偏差就要排查檢測出原因，然后與時的改正（3）調試的注意事項在調試時為了保證效果，必須盡量的減小測量誤差，提高測量精度。要注意以下幾點：正確地使用儀器的接地端。正確選擇測量點。測量點不同對同一臺儀器可能得到不同的測量值。在運放的電源端一定要爭取的接入電源，我們在調試時就沒有接入-12v，結果不能出來預期的圖形。4.2調試與結論 在對電路進行調試時如果電路沒有問題，就主要觀測器帶通功能的實現(xiàn)是否合理，經(jīng)過驗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，大致符合技術指標的要求。圖13在3.6KHz下的輸出波形5 心得體會在電子電路中，輸入信號的頻率有很多，其中有些頻率是需要的工作信號，有些頻率是不需要干擾信號頻率分量。如果這兩個信號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濾出。為了解決上述問題，我們必須要采用濾波電路，這就是這次課設的意義所在。而對于我來說：通過這此課程設計，首先最大的收獲就是認識了面包板，面包板是一個很好的電路搭建平臺，它簡單容易操作，對操作技術沒有過高的要求，很適合我們學生用，其次通過這次課設讓我更好地認識到了protues軟件在電路仿真中的應

18、用，它的功能是很強大的！最后這次課設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現(xiàn)，讓我接觸到了很多在模電書中沒有深入了解的知識，如Q品質因數(shù)，傳遞函數(shù)，巴特沃斯特性和切比雪夫特性。在剛拿到課設的課題與要求時，感覺自己有種無弄能為力的感覺，因為當時我們的老師并沒有將很多關于濾波器方面的知識，而與電容電感這些元器件有關的計算向來就比較麻煩，自己就有點怕，但是還好自己并沒有被這種心理所馴服，自己在網(wǎng)上收資料，去圖書館，看模電書，自己一點點的學。先在模電書上第三章的一階RC低通高通濾波電路的引入開始，了解RC低通濾波電路的特點：電阻在前，電容在后；RC高通濾波電路的特點：電容在前，電阻在后；并在深入了解其相應的計算后，就通過第八章有源濾波器的學習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，與其實現(xiàn)方案，當然書本上的知識有限，要想再深一步的了解還要通過上網(wǎng)、圖書館查閱相關的資料。彌補了課本知識的不足。而等到把原理差不多弄懂之后，在實現(xiàn)電路時我們又遇見了難題，因為我們以前從來就沒有接觸過面包板，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，這就了解了它是豎著接通