二阶有源带通滤波器的设计

设计任务书

一、设计目的

掌握二阶压控电压源有源滤波器的设计与测试方法

二、设计要求和技术指标

带通滤波器：通带增益 up A 2；中心频率：0f =1kHz ；品质因数Q=0.707.要求设计电路具有元件少、增益稳定、幅频响应好等特点。 2、设计内容及步骤

（1）写出电路的传递函数，正确计算电路元件参数，选择器件，根据所选器件画出电路原理图，并用multisim 进行仿真。 （2）安装、调试有源滤波电路。

（3）设计实验方案，完成滤波器的滤波性能测试。 （4）画出完整电路图，写出设计总结报告。

三、实验报告要求

1、写出设计报告，包括设计原理、设计电路、选择电路元器件参数、multisim 仿真结论。

2、组装和调试设计的电路检验该电路是否满足设计指标。若不满足，改变电路参数值，使其满足设计题目要求。

3、测量电路的幅频特性曲线。

4、写出实验总结报告。

前言

随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。

滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。

RC有源滤波器设计

1.1总方案设计

1.1.1方案框图

图1.1.1 RC有源滤波总框图

1.1.2子框图的作用

1 RC网络的作用

在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。

2放大器的作用

电路中运用了同相输入运放，其闭环增益 RVF=1+R5/R4同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

3反馈网络的作用

将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。

1.1.3方案选择

1.关于滤波器类型的选择

一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。当要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和高通滤波器合成，这比单纯用带通滤波器要好

2、运放的要求

在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器。为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增应在80dB 以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为Fh,则运放的单位增益宽带应满足下式：BWG大于等于（3-5）AefH，式中为滤波通带的传输系数。

如果滤波器的输入信号较小，例如在10mV以下，则选低漂移运放。如果滤波器工作于超低频，以至使RC网络中电阻元件的值超过100kΩ，则应选低漂移高输入阻抗的运放。

2.元器件的选择

一般设计滤波器时都要给定截止频率fc (ωc)带内增益Av，以及品质因数Q。在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表1.1.3初选电容值。

表1.1.3 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系

f (1~10)Hz （10~102）Hz （102~103）Hz （1~10）KHz （10~103）KHz （102~103）KHz C (20~10)F （10~0.1）uF （0.1~0.01）uF （104~103）pF （103~102）pF （102~10）pF

1.2单元电路设计

1.2.1.原理图设计

1.2.2 滤波器的传输函数与性能参数

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让

一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号，因受运算放大器带宽限制，这类滤波器仅适用于低频范围，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大啊平坦响应和切比雪夫等波动响应。在不许带内有波动时，用巴特沃斯响应较好，如果给定带内所允许的纹波差，则切比雪夫响应较好。

幅频特性曲线如下：

1.2.3已知条件与设计步骤 1 已知条件

已知滤波器的响应、滤波器的电路形式、滤波器的类型、滤波器的性能参数f C ,Q,BW 或A V 。

2 设计步骤

（1）根据截止频率，从表1.1.3中选定一个电容C 的标称值，使其满足

K=100/f C C (如带通K=100/f 0C)。（ 1.2.3）

注意：K 不能太大，否则会使电阻的取值较大，从而使引入增加，通常取1≤K ≤10。

（2）从设计表中查处与A V 对应的电容值及K=1时的电阻值。再将这些阻值乘以参数K ，的电阻的设计值。

（3）实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性。

类型 传输函数

带通

A(s)=A v ω02s/Q(s 2+ωc s/Q+ωc 2)