有源高通滤波器电路设计(100Hz截止频率)

长沙学院课程设计说明书

题目有源高通滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系

专业(班级) 电气工程及其自动化姓名

学号

指导教师

起止日期

模拟电子技术课程设计任务书

系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：

长沙学院课程设计鉴定表

目录

摘要 (5)

1．电路设计 (6)

1.1．电路元件及参数的选择 (6)

1.2．电路原理图绘制 (6)

2．电路的仿真 (7)

2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪 (7)

2.2．使用Multisim9仿真示波器 (7)

2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真 (7)

2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真 (8)

2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真 (8)

参考文献 (9)

设计总结 (9)

摘要

滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成，20世纪60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行

滤波，这是它的不足之处。]1[在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成

分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能阻挡低频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真

1.1．电路元件及参数的选择

设定有源高通滤波器通带增益10=A ，截止频率Hz f c 100=，Q 为0.707。

取基准电容nF C 1000=，则基准电阻Ωπk .)C f /(R c 923152100== ，

各元件的参数计算如下：

F n )R f /(C C C c 100210021====π

nF A /C C 100003==

Ωk .)]A /(Q /[R R 507712001=+= Ωk .)A (Q R R 7733321002=+=

根据理论计算结果，取所有元器件参数的标准值，则可以确定电路的元器件使用情况。

1.2．电路原理图绘制

在确定元器件后即可使用Multisim9完成电路原理图的绘制，如图1-2为有源高通滤波器电路原理图。

图1-2 有源高通滤波器电路原理图

2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪

如图2-1波特图示仪仿真图像所示，通过仿真得到的幅频特性曲线与电路理论的计算值相吻合。电路截止频率为100Hz 左右。

图2-1 波特图示仪仿真图像

2.2．使用Multisim9仿真示波器

此有源高通滤波器电路设计的截止频率Hz f c 100 。通过调节电路输入信号频率，仿真可分为输入信号频率小于截止频率时的仿真、输入信号频率等于截止频率时的仿真、输入信号频率大于截止频率时的仿真。观察图1-2可知，A 通道（橙色波形）显示的是输入信号波形，B 通道（红色波形）显示的为输出信号波形

2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真

如图2-2-1所示，将输入信号频率调节到50Hz ，小于截止频率，此时可观察到输出信号被明显抑制。

图2-2-1 输入信号频率为50Hz 时示波器的仿真图像

2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真

尝试将输入信号频率调节到与截止频率相等，即为100Hz。如图2-2-2所示，发现该电路对输出信号还是有少许抑制作用，图中可得，输入信号波形的波峰大约为1.414V，输出信号的波峰大约为1.010V，所以有如下计算：

V

.

.Q

V

/

1.

≈714

010

≈

414

1

与图2-1所示的波特图示仪内容相符合。

图2-2-2 输入信号频率为100Hz时示波器的仿真图像

2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真

当输入信号频率设置在大于截止频率的500Hz时。其输入、输出波形在示波器显示如图2-2-3，输入输出波形只是方向相反，信号强度并没有发生衰减。所以在截止频率以上的信号可以无衰减通过。

图2-2-3 输入信号频率为500Hz时示波器的仿真图像