完整的有源濾波器設(shè)計(jì)

1、一.項(xiàng)目意義與目的 意義：本項(xiàng)目通過一種比較綜合的、能覆蓋模擬電子技術(shù)這門課程的 大部分內(nèi)容的三級(jí)項(xiàng)目，使我們能將整個(gè)課程的內(nèi)容串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)一種 系統(tǒng)的功能，鞏固整個(gè)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，為后來學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)提供良好的模 擬電子線路知識(shí)。本次有源濾波器設(shè)計(jì)重要注重的是電子電路的設(shè)計(jì)、仿 真，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)的的設(shè)計(jì)思想措施以及思路，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作 風(fēng)，在加深對(duì)知識(shí)的理解基本上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與生 產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析和解決工程技術(shù)問題的能力。目的：掌握有源濾波器的分析和設(shè)計(jì)措施，學(xué)習(xí)有源濾波器的調(diào)試、幅頻 特性的測(cè)量措施，通過仿真的措施來研究濾波電路，理解元件參數(shù)對(duì)濾波 效果的影響，嘗

2、試著制作實(shí)物來驗(yàn)證理論以及仿真求得的成果并比較三者 之間的差距。二項(xiàng)目?jī)?nèi)容與規(guī)定內(nèi)容：濾波器是一種可以使有用頻率信號(hào)通過，而同步克制（或衰減）無用 頻率信號(hào)的電子電路或裝置，在工程上常用它來進(jìn)行信號(hào)解決、數(shù)據(jù)傳送或 克制干擾等。有源濾波器是由集成運(yùn)放、R、C構(gòu)成，其開環(huán)電壓增益和輸入 阻抗都很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和 緩沖作用，但因受運(yùn)算放大器頻限制，這種濾波器重要用于低頻范疇。規(guī)定：在模電課程對(duì)有源濾波器所學(xué)到的知識(shí)的基本上，設(shè)計(jì)出一階低通 有源濾波電路，一階高通濾波電路，二階低通濾波電路，二階高通濾波電 路，二階帶通濾波電路，二階帶阻濾波電路。研究和設(shè)計(jì)其

3、電路構(gòu)造、傳 遞函數(shù)，并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再運(yùn)用multisim軟件進(jìn)行仿真，組裝和調(diào)試多種有源濾波器，探究其幅頻特性。通過仿真和調(diào)試，觀測(cè)效果。由 濾波電路的曲線可以看出通帶的電壓放大倍數(shù)、通帶上限截止頻率，下限 截止頻率，特性角頻率等的實(shí)際值，與計(jì)算出的理論值相比較，分析誤差。三.實(shí)驗(yàn)原理程序設(shè)計(jì)一階低通濾波電路：一階有源低通濾波電路是一種一級(jí)RC低通電路的輸出端再加上一種電 壓跟隨器，使之與負(fù)載較好的隔離開來。由于電壓跟隨器的輸入阻抗很高， 輸出阻抗很低，因此，其帶負(fù)載的能力得到了加強(qiáng)。若規(guī)定此電路不僅有 濾波功能，并且可以起到電壓放大作用，則只需要將電路中的電壓跟隨器 改為同相比例放

4、大電路即可。（見下圖1）傳遞函數(shù):仕）1 A：，截止頻率：兒1/2 RC頻率低于F時(shí)-電壓增益：I *叫頻率高于*時(shí)增長(zhǎng)斜率二階低通濾波電路：二階有源低通濾波電路由兩個(gè)RC環(huán)節(jié)和同相比例放大電路構(gòu)成（見下 圖4），壓控電壓源二階濾波器電路的特點(diǎn)是：運(yùn)算放大器為同相接法，濾 波器的輸入阻抗很高，輸出的阻抗很低，濾波器相稱于一種電壓源，其長(zhǎng) 處是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。二階高通濾波器的通帶增益：1占二階高通濾波器的品質(zhì)因素：Q= 1 7 . z其傳遞函數(shù)為5)1即；廠叫1 Q=1/(3-氣/)下0為特性角頻率，也就是-3dB截止角頻率，Q為等效品質(zhì)因數(shù)。一階高通濾波電路：如果將RC低通電路中的

5、R和。的位置互換，就可得RC高通電路。在 0wwL范疇內(nèi)為阻帶，高于禮的頻率為通帶，但是受到有源器件和外接 元件以及雜散參數(shù)的影響，受帶寬的限制，高通濾波電路的帶寬也是有限 町如下圖，該電路既有濾波功能，尚有放大作用。傳遞函數(shù)：二)截止頻率：/“ 1/2 RC頻率高于?4時(shí)-電壓增益：I ，I *叫頻率低于F時(shí)-增長(zhǎng)斜率二階高通濾波電路:二階高通濾波器的通帶增益：1 R心二階高通濾波器的截止頻率：二邸2 ?7 t 2其傳遞函數(shù)為*5)5”廠p舊；E R Q=1/(3-L)下0為特性角頻率，也就是-3dB截止角頻率，Q為等效品質(zhì)因數(shù)。二階有源帶通濾波電路：低通和高通可以構(gòu)成帶通濾波電路，條件是低

6、通頻率的截止角頻率3H 不小于高通濾波電路的截止角頻率3L，兩者覆蓋的通帶就提供了一種通帶 響應(yīng)。帶通濾波器(BPF)能通過規(guī)定范疇的頻率，這個(gè)頻率范疇就是電路的帶 寬BW，濾波器的最大輸出電壓峰值出目前中心頻率的頻率點(diǎn)上。帶通濾 波器的帶寬越窄，選擇性越好，也就是電路的品質(zhì)因數(shù)。越高。電路的Q值 可公式求出Q=f0/BW .可見，高Q值濾波器有窄的帶寬，大的輸出電壓；反之低。值濾波器有 較寬的帶寬，勢(shì)必輸出電壓較小。采用低通-高通串聯(lián)實(shí)現(xiàn)帶通濾波器：將帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)提成低 通濾波器和高通濾波器兩個(gè)獨(dú)立的技術(shù)指標(biāo)，分別設(shè)計(jì)出低通濾波器和高通 濾波器，再串聯(lián)即得帶通濾波器。二階巴特沃思濾波器的Ae=1586，因此， 由二級(jí)串聯(lián)的帶通濾波電路的通帶電壓增益(Avf1)2=(1.586)2=2.515，由于通 帶電壓增益：Au=1，因此在低通濾波器輸入部分加了一種由衣8和&9構(gòu)成的 分壓器。如圖,R1和C1構(gòu)成低通網(wǎng)絡(luò)，R3和C2構(gòu)成高通網(wǎng)絡(luò)，兩者串聯(lián)就構(gòu)成了帶通濾波電路。由KCL列出方程，可導(dǎo)出帶通濾波電路的傳遞函數(shù)為sCR定的工作。令A(yù)($)- 1 4- (3 - Aitf)sCR + (展時(shí)式中A討為同相比例放大電路的電壓增益，同樣規(guī)定A討3，電路才干穩(wěn)則有上式是二階帶通濾波電路傳遞函數(shù)的典型體現(xiàn)式，其中w0=q：，既是特 性角頻率，也是帶通濾波電路的中心角頻率。一