高通滤波器设计及仿真

信息与电气工程学院

电子电路仿真及设计CDIO三级项

目

设计说明书

（2013/2014学年第二学期）

题目：高通滤波器系统仿真及设计

专业班级：通信工程班

目录

第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真 --------------------------

2第二章高通滤波器--------------------------------------------------

-6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真，仿真结果，实物图，实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14

第一章文氏桥振荡器

1.1 振荡器的设计及要求

(1）设计任务：根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器。

(2）设计要求：文氏桥正弦波振荡器频率可调（频率500～10KHZ，振幅0.5～4V），能满足该滤波系统所要求的频率范围和幅度。

1.2 系统工作原理

该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络；具有稳幅功能的负反馈网络。

文氏桥振荡器原理图如下图1所示：

图1 文氏桥振荡器原理图

从电路构成看，电路有两个“桥臂”构成，R1，R F构成负反馈桥臂，并联RC 网络和串联RC网络再串联构成正反馈桥臂，即文氏桥振荡器既有正反馈也有负反馈。

负反馈增益:

A1=1+R F/R1 (1-a) 正反馈增益

A2(jf)=1/(3+j(f/f0-f0/f)) (1-b) 总增益

A(jf)=A1×A2(jf)= (1+R F/R1)/(3+j(f/f0-f0/f)) (1-

c)

先定性分析：

上式中f0=1

2пRC

频率无穷低时，即f趋于0时，f/f0趋于无穷大，总增益趋于零。

频率无穷高时，即f趋于∞时，f/f0趋于无穷大，总增益趋于零。

直观判断，是一个带通网络，事实上，的确如此，并且增益的峰值出现在f=f0，此时A（jf）=（1+R F/R1）/3

即：A（jf）是实数，也就是说，频率为f0的信号经过环路一周后，其相移为0。R F/R1的值不同时，电路出现下述三种情况：

(1) A<1时，假如电路有一个扰动，扰动每经过环路一次，信号被衰减，负反馈

占“上风”，电路是稳定系统，最终扰动趋于零。

(2) A>1时，假如电路有一个扰动，扰动每经过环路一次，信号被放大，正反馈

占“上风”，电路是不稳定系统，出现幅度不断增大的震荡。

(3) A=1时，负反馈与正反馈“旗鼓相当”，电路为中性的稳定状态，出现扰动

时，频率为f0的信号分量维持原有大小，无限持续下去。

显然，上述电路还会有问题，首先，实际不可能做到A=1，其次，振荡器的输出幅值不可控，为此，最好开始时，振荡幅值足够大之前，A>1，震荡幅值达到预定的幅值之后，A=1，显然，这样的电路，需要加入一些非线性环节。如图2所示

图2 加非线性系统的文氏桥振荡器原理图

1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真

1.3.1 电路设计原理图（仿真图）如图3所示

图3 文氏桥振荡器仿真电路图

1.3.2参数计算

(1)电路震荡频率计算： f=1/2πRC (1-

d)

起振条件：Rf/Ri>=2 其中 Rf=Rw+R2+R3/Rd 由其电路元件特性R=10k

C=33nf产生自激震荡，微弱的信号 1/RC 经过放大，通过反馈的选频网络,使输出越来越大，最后经过电路中非线性器件的限制,使震荡幅度稳定了下来，刚开始时Av=1+Rf/Ri >3。平衡时 Av=3。

(2)在实物焊接中采用同轴电位器，固定电容的值，通过转动同轴电位器同时改变两个电阻的值，从而改变文氏桥振荡器的输出频率。

(3)再者就是振荡器的起振时间，电阻R5确定起振时间，其值越大，起振时间越短，其值越小，震荡时间越长。

(4)直流电源电源的选取：选择实验室提供的正负5V电源，可以满足集成块的性能指标，输出在一定范围内可以满足，但是如果输出很大时，就会出现失真。严重影响测试结果。