带通滤波器的设计和仿真
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带通滤波器的设计和仿真
学院信息学院
姓名吴建亮
学号 201203090224
班级电信1202
时间 2014年10月
1.设计要求
设计带通为300Hz~10KHz的带通滤波器并仿真。
2.原理与方案
2.1工作原理:
带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过,而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制,本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。
2.2总体方案
易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn,两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器,截止频率,选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。
主要参数:
电容则
基准电阻,
,取标称值2400pF,
,取标称值14.7kΩ,
,取标称值14.7kΩ,
,取标称值7.32kΩ,
,取标称值6.04kΩ,
,
,取标称值0.013μF,
,取标称值3.01ķΩ,
同理,设计一个4阶高通滤波器,通带增益,截止频率,选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。
主要参数如下:
电容,
,取标称值10kΩ,
,取标称值27kΩ,
,取标称值3.9kΩ,
,取标称值62kΩ。
3 电路设计
图3-1 高通滤波器
图3-2 低通滤波器
如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路,函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。
4仿真、分析
图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示,其输入的正弦信号的幅值均为2V,滤波器的仿真结果符合预期结果。
图4-1 时滤波器仿真结果
图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果
图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果
图4-4 下限截止频率
图4-5 上限截止频率
图4-6 通带频率
电路的波特图如图4-4,图4-5,图4-6所示。
从表4-1和图4-4所仿真结果看,滤波器通带范围理论值在,且在通带范围内增益较为稳定,在1左右。
f/Hz 50 100 200 250 280 300 310 330 360 /V 0.001 0.023 0.373 0.907 1.267 1.375 1.532 1.630 1.877 f/Hz 400 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 /V 2.045 2.087 2.172 2.039 1.985 1.977 1.980 1.962 1.914 f/kHz 8 8.2 8.5 9 9.3 9.7 10 11 12 /V 1.828 1.820 1.795 1.650 1.609 1.512 1.435 1.181 0.868
表4-1 有源滤波器仿真测试结果
从表4-1和图4-4所仿真结果看,滤波器通带范围理论值在,且在通带范围内增益较为稳定,在1左右。
5总结
用LC网络组成的无源带通滤波器在低频范围内有体积重量大,价格昂贵和衰减大等缺点,而用集成运放和RC网络组成的有源带通滤波器则比较适用于低频,此外,它还具有一定的增益,且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。利用有
源带通滤波器可以突出有用频率的信号,衰减无用频率的信号,抑制干扰和噪声,以达到提高信噪比或选频的目的,因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理,同时,由于集成运放的增益和输入阻抗都很高,输出阻抗很低,故有源带通滤波器还兼有放大与缓冲作用。
本次实验通过有源4阶带通滤波器的设计,了解了一系列滤波器的知识,同时能熟练掌握multisim的应用,收获颇丰。