带通滤波的设计器

目录

1 技术要求 (1)

2 三种设计方案及比较 (1)

2.1 方案一的设计 (1)

2.2 方案二的设计 (5)

2.3 方案三的设计 (8)

2.4 三种方案的比较及选择实现方案 (11)

2.5 各元件型号和参数 (11)

3 实现方案 (12)

3.1 实现方案的原理框图： (12)

3.2 原理及工作过程 (12)

3.3 各元件的功能 (12)

3.4 测试电路的布线图 (13)

4 调试过程与结论 (15)

5 心得与体会 (16)

6 参考文献 (16)

带通滤波的设计器

1 技术要求

设计、组装、调试带通滤波器电路，实现良好的选频特性：能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。

2 三种设计方案及比较

2.1 方案一的设计

方案一采用无限增益多反馈环型带通滤波器，电路原理图如图

2.1.a

图2.1.a 方案一电路原理图

2.1.1 方案一相关参数的计算

（1）传递函数为

2

20

)(ωωω++

=

s Q

s s

Q

A s A u u (1)

（2）各元件参数

（3）仿真结果

图2.1.b 信号发生器截图

图2.1.b为当输入信号频率小于下限截止频率时，图2.1.c为此时的波形图，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.1.c 输入输出波形图

当输入信号频率大于上限截止频率时，如图2.1.d ，2.1.e所示，上方为输出波形，下

方为输入波形。

图2.1.d 信号发生器截图

图2.1.e 输入输出波形图

当输入信号频率在带通范围内时，如图2.1.f，2.1.g所示，上方为输出波形，下方为输

入波形。

图2.1.f 信号发生器截图

图2.1.g 输入输出波形图

2.2 方案二的设计

方案二采用一个一阶高通滤波器加上一个一阶低通滤波器组成，电路原理图如图2.2.a 所示。

2.2.a 方案2的电路原理图

2.2.1 方案二的相关参数的计算

（1）传递函数

2

20

)(ωωω++

=

s Q

s s

Q

A s A u u (1)

（2）各元件参数的设置

RC

f π21

=

(2) 由上公式得：上限频率约为160Hz ，下限频率约为53Hz 。取R1=30k ，R2=10k ，C1=C2=0.1uf ，R3=R4=R5=R6=47K 。 (3) 仿真结果

当输入信号的频率小于下限频率时，如图2.2.b ，2.2.c 所示，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.2.b 信号发生器截图

图2.2.c 输入输出波形图

当输入信号频率大于上限频率时，如下图2.2.d ，2.2..e 所示，上方为输出波形，下方

为输入波形。

图2.2.d 信号发生器截图

图2.2.e 输入输出波形图

当输入信号的频率在频带内时，如下图2.2.f，2.2.g所示，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.2.f 信号发生器截图

图2.2.g 输入输出波形图

2.3 方案三的设计

方案三采用一个二阶高通滤波器+一个二阶低通滤波器组成，电路原理图如图2.3.a所示。

图2.3.a 方案三的电路原理图

2.3.1 方案三的相关参数的计算：

（1）传递函数

高通部分的传递函数

低通部分的传递函数

（2）各元件参数的设置

取C1=C2=C3=C4=0.068uf ，R1=R2=27k ，R5=R6=8.2k ，R3=R4=R7=R8=8.2k ，由下公式2

12121

C C R R f π=

得上限频率约为286Hz ，下限频率约为87Hz 。

（3）仿真结果

当输入信号的频率小于下限截止频率时，如图2.3.b ，2.3.c 所示，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.3.b 信号发生器截图

图2.3.c 输入输出波形图

当输入信号的频率大于上限截止频率时，如图2.3.d，2.3.e所示，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.3.d 信号发生器截图

图2.3.e 输入输出波形图

当输入信号的频率在带通范围内时，如图2.3.f，2.3.e所示，上方为输出波形，下方为输入波形。

图2.3.f 信号发生器截图

图2.3.g 输入输出波形图

2.4 三种方案的比较及选择实现方案

方案一的优点是电路简单，所需器材少，无增益限制，但是计算较麻烦；方案二比方案一复杂，但是计算比一简单；方案三实际就是方案二的改良版，由二阶变为四阶，当输入信号频率不在带通范围内时，其幅频特性曲线下降的更快，更接近于理想状态。因此，我选择方案三作为本次课程设计的实现方案。

2.5 各元件型号和参数

所需元件如下表所示：

表1 器件清单

元件类

参数及数量

型

电阻47k电阻4个，

27k，8.2k各2

个

电容0.068uf的电容

4个

运放两个ua741的

运算放大器