二阶高通有源滤波器介绍

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2014 级电子科学与技术专业※
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※模拟电子技术课程设计※
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模拟电子技术课程设计报告书
课题名称二阶有源高阶滤波器的设计
姓名谢祥丹
学号1412501-08
院、系、部通讯与电子工程学院
专业电子科学与技术
指导教师蒋冬初
2016年 1月 14日
一、设计任务及要求：
设计任务：
设计一个二阶高通有源滤波器
要求：
1.设计一个下限截止频次为 21kHz 二阶高通滤波器。

2.采纳 Multisim 12.0 仿真电路，并进行考证和完美所设计方案。

3.达成设计实验报告。

4.学习有关的一些理论知识。

指导教师署名：
2016 年 1月 14日
二、指导教师考语：
指导教师署名：
2016年 1 月14 日
三、成绩
查收盖印
2016年 1 月 14日
二阶有源高通滤波器的设计
1设计目的
（1）熟习二阶有源滤波电路幅频特征和相频特征。

（2）学会二阶有源滤波电路的迅速设计方法。

（3）掌握二阶有源滤波电路的调试及幅频特征和相频特征的测试方法。

2设计思路
（1）设计一个下限截止频次为21kHZ二阶有源高通滤波电路。

（2）选择适合的运算放大器以及适合的电容电阻，并使之构成完好的电路图。

（3）进行有关的调试工作。

3设计过程
二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路，二阶高通滤波器电路构成。

总
设计图如图 1 所示：
图 1 总设计图
3.1 方案论证
依据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频次高于 25KHz的信号能够经过，而低于 25kHz 的信号衰减。

由输出量与输入量之比为传达函数：
即 A(s)=A(vf)*S^2/(S^2+W(c)/Q*S+W(c)^2)
式中 W(c)=1/RC
Q=1/(3-A(vf))
电路中既引用了正反应，又引入了负反应。

当信号频次趋于零时，反应很弱；当信号趋于无量大时，因为 RC的电抗很大，因此 Up(s) 趋于零。

因此，只需正反应引入适当，就既可能在 f=f0 时使电压放大倍数数值增大，又不会因为负反
馈过强而产生自激振荡。

同相输入端电位控制由集成运放和 R1,R2 构成的电压
源，故称为压控电压滤波电路。

同时该电路拥有减少、增益稳固、频次范围宽的长处。

电路中 C、R 构成反应网络
3.2 电路设计
（1）设计原理二阶高通滤波器的特色是，只同意高于截止频次的信号经过。

二阶高通滤波器的理想物理模型如图 2 所示
R1
1kΩ
VDD
5V
8 U1A
3
1
R3
C1 C2 2
4 LF412ACN 1.0k Ω
1μF 1μF
R2
R4
1.0k Ω
1kΩ
图 2 二阶高通滤波器的理想电路图
（ 2）设计剖析
二阶有源高通滤波电路图如图 2 所示，由图可见，它是有两节RC滤波电路和同对比率放大电路构成，其特色是输入阻抗高，输出阻抗低。

二阶有源高通滤波电路：
a.通带增益
A(vp)=1+R(f)/R1
b.传达函数
A(s)=(sCR)^2*A(vp)/[1+(3-A(vp)*sCR+(sCR)^2]
c.频次响应
令 f0=1/2*pi*CR Q=1/(3-A(vp))
则可得出频次响应表达式
Ar=A(vp)/[1-(f0/f)^2+j(1/Q)*(f0/f)]
(3)参数计算
电容器 C1、C2 的容量应在纳法数目级上，电阻的阻值应当在几百千欧
之内。

现选择电容大小C1=C2=5nf,则依据公式可得：
R=1/[2*pi*fL*C]=1/(2*3.14*21000*0.000000005)=1.516千欧，选择电阻
1.55 千欧。

与计算时有一点偏差，因此，可能致使截止频次比21KHz稍有偏
差。

因此选择： R=Ro=1.3千欧， C1=C2=5nf,Rf=5 千欧， R1=10千欧
则：
Ao=1+Rf/R1=1.5 (切合A(vp)<3,能稳固工作)
4调试与结果
（1）组装二阶有源滤波电路。

此中：
R1=10千欧
R=Ro=1.55千欧
Rf=5 千欧
C=C1=C2=5nf
（2）仿真电路图如图 3
XBP1
XSC1 IN OUT
XFG1 Ext Trig
+
VDD
_
A B
15V +_ +_
U1
R1
1.55k Ω
C1 C2 OPAMP_5T_VIRTUAL
VCC
5nF
-15V
R3 5nF
R2
5kΩ
R4
1.55k Ω
10k Ω
图 3 仿真电路图
（2）波特仪显示结果如图 4 所示
图 4 仿真结果
由图 4 可知，此电路对 20KHz以下的信号拥有必定的过滤作用，对
20kHz 以上的信号能够完好经过。

别的，因为受运放增益带宽积为有限值的影响，高通滤波器的幅频响应有所降落
（3）当输入信号为 22kHz，10V 时示波器显示结果如图 5 所示
图 5 仿真结果
（4）当输入信号为 120Hz，10V 时示波器显示结果以下列图6 所示
图 6 仿真结果
依据图 5 和图 6 的对照可知，此电路对 21KHz以上的信号能够经过，对 20KHz 以下的信号有必定的克制作用。

5主要仪器与设施
一个波特仪
一个示波器
一个运算放大器
两个 5nf 的电容
两个 1.55 千欧的电阻，一个 5 千欧的电阻，一个 10 千欧的电阻函
数信号发生器一个
6设计领会与建议
6.1 设计领会
关于二阶高通有源滤波器的设计，开始的时候，我真的感觉无从下手，不知该采纳什么样的芯片，没有任何设计思路，我这才知道理论与现实的差距。

我花了好多时间在方案的议论与选择，电路的剖析与设计中，到最后的电路仿真测试，让我真实的感觉到了自己各方面知识的贫乏以及经验的不足，还有自己平时对细节的忽略，经过此次课程设计也使我学到了好多我平时都不知道的东西，更重要的是我理解了一个道理，有些东西只有你去做了才知道行不可以，还有就是此后一定更为加深理论知识的学习以及与实践的联合。

6.2 对设计的建议
在我们首次接触课程设计的时候，我希望老师多给我们一些建议与指导。

自然一味的把设计思路以及方法告诉我们也是不可以取的，这样我们就几乎学不到什么东西，更不要说去开发自己的创新思想了。

像这些设计题目都是相当经典的，我们能够在本来的基础上改变一点，这样就能防止有些同学因为懒散而不肯发时间去思虑，但也能顺利达成这个课程设计。

其次，我感觉学校要尽量多给我们这样的时机，只有这样我们才能更好的以理论联系实质。

参照文件
[1]康华光主编 . 电子技术基础模拟部分（第五版）[M]. 北京：高等教育第一版社 ,2011
[2]童诗白华成英主编 . 模拟电子技术基础 - 第三版 [M]. 高等教育第一版社 ,2001.
[3]崔玮主编 . 电路原理图与电路板设计教程 [M]. 北京：大海第一版社 ,2004.。