双T网络有源二阶带阻滤波器设计

某某大学小论文报告

课程名称：现代电路课程编号：

论文题目: 双T网络有源带阻滤波器设计

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双T网络有源带阻滤波器设计

摘要

滤波器主要用于消除干扰信号，将输入信号经过过滤而得到特定频率的频点或者去除该频点以外的频率。有源滤波器由运放、电阻和电容组成。带阻滤波器是为了限制某一频率的信号通过，又称为陷波器。

关键字：有源滤波器，带阻滤波器，运算放大器，限制频率

Abstract

Filter is used to work off interfering signal, the signal input is filtered to get a certain frequency signal, or work off a certain frequency. Active filter comprises operational amplifier, resistance and capacitance. Band stop filter is used to stop a certain frequency signal, and it is also called trap filter.

Key words: active filter, band stop filter, operational amplifier, stop a certain frequency

1.引言

滤波器的主要作用是通过选频网络得到某一特定频率的信号或

者消除某一特定频率的信号，得到所需要的没有干扰的、符合信道要求的信号。模拟滤波器可以分为有源和无源滤波器。无源滤波器由电阻和电容组成，而有源滤波器由有源器件（一般是运放或者晶体管）、电阻和电容组成。滤波器分为低通、高通、全通、带阻四种基本类型。

本文设计的是带阻滤波器，又称为陷波器，用来滤除某一不需要的频率，常见的组成方案有两种：（1）低通和高通滤波器并联组成带阻滤波器，（2）带通和相加器组成带阻滤波器。文中选择的是方案（1），即低通和高通滤波器并联组成带阻滤波器。

2.理论分析

2.1电路组成

二阶有源带阻滤波器由二阶低通滤波器、二阶高通滤波器和运算放大器组成。

输出

图2.1 二阶有源带阻滤波器组成框图

R R

2C

图2.2 二阶无源低通滤波电路

C C

R/2

图2.3 二阶无源高通滤波电路

由上述两部分低通和高通滤波电路，加上运算放大器即可构成所需的二阶有源带阻滤波电路。其中，输入端连接到运放的正端，电阻作为反馈网络串联在输入回路中，且反馈电压正比于输入电压，引入串联电压负反馈，构成同相比例运算放大器。低通和高通滤波电路连接成T型，所以被称为双T网络有源带阻滤波电路。

图2.4 双T网络二阶有源带阻滤波器简图

2.1参数分析

电路的简略图如下：

Ui Uo

图2.5 双T 网络二阶有源带阻滤波器简图

其中，要求： （1） 通带电压增益： （2）中心频率： （3）阻带宽度：

（4）品质因数： 3. 电路设计 根据如下要求：

（1）通带电压增益：

， （2） 中心频率： （3） 阻带宽度： 计算：取 ，得到

312123222,2C C C C R R R R

======54

1u R A R =+

01

2f RC π=()022u B A f =-()

0122u B Q f A =

=-54

11u R A R =+≈54R R <<0112f kHz RC π==()0222u B A f kHz

=-=100C nF = 1.6R K =Ω

电路图如下：

图3.1 双T网络有源二阶带阻滤波器电路图4.结果分析

4.1波特图分析

图4.1 输入1000Hz信号波特图

图4.2 输入1000Hz信号-3dB波特图1

图4.3输入1000Hz信号-3dB波特图2

从波特图可以看出，对1000Hz信号有明显的衰减作用，中心频率在 1.018kHz。-3dB处的频率可以得到阻带范围：422.663Hz—2.281kHz，即可得到阻带宽度为1858Hz。跟实际需求相比，中心频率基本满足要求，阻带宽度略小于要求的2kHz。

相位图如下：

图4.4 双T网络二阶有源带阻滤波器输入1kHz信号的相位图4.2 电压值分析

通过示波器观察输入和输出端的电压值，结果如下图所示：

图4.5 示波器测量输入端电压值示意图

图4.6 示波器测量输出端电压值示意图

观察可知，输入信号峰峰值为20V，但是输出信号的峰峰值只有138mV。由此可见，滤波器对于1000Hz的信号有明显的衰减作用。

输入其它频率的信号，可以观察到：在通带范围内，信号基本上没有衰减；在阻带范围内，不同频率的信号有不同程度的衰减。

4.3分析电阻值变化对电路的影响

(1)R4增大，R5不变。那么，Au减小，对1KHz的信号衰减变大，阻带变宽。

(2)R4不变，R5增大。那么，Au增大，对1KHz的信号衰减变小，阻带变窄。

5.实际应用

带阻滤波器用于滤除某一不需要的频率，例如，在微弱信号放大器中滤除50Hz工频干扰（即为50Hz陷波器），在电视图像信号通道中滤除伴音干扰等。

参考文献

[1]孙肖子，张企民.模拟电子电路及技术基础.2008年1月

[2]徐以涛.数字信号处理.西安电子科技大学出版社.2009年8月