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
3 实现方案
3.1 实现方案的原理框图
图3.1.a 四阶带通滤波器原理框图
图3.1.b 四阶带通滤波器电路原理图
3.2 原理及工作过程
该方案的原理框图如3.1.a所示，电路原理图如3.1.b所示。

电路是由一个二阶高通滤波器加一个二阶低通滤波器组成。

电路的前半部分是有源二阶高通滤波器，它的截止频率即为带通滤波器的下限截止频率；电路的后半部分是有源二阶低通滤波器，它的截止频率即为带通滤波器的上限上限频率。

3.3 各元件的功能
C1，C2，R1~R4，加上一个ua741运算放大器构成一个有源二阶高通滤波器；后面的C3，C4，R5~R8，加上一个ua741运算放大器构成一个有源二阶低通滤波器；其中，R3与R4，R7与R8的功能一样，都是调节其输出增益。

3.3.1 ua741的简介
741型运算放大器具有广泛的模拟应用。

宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。

高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。

此外，它还具有如下特点：（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低功耗。

管脚图如图3.3.a所示。

图3.3.a 管脚图
3.4 测试电路的布线图
图3.4.a 未接入信号源时的实物图
图3.4.b接入信号源的实物图
图3.4.c 当输入信号的频率小于下限截止频率时的波形图
图3.4.d 当输入信号的频率在带通范围内时的波形图
图3.4.e 当输入信号的频率大于上限截止频率时的波形图
4 调试过程与结论
布线完成后实物图如图3.4.a，调试过程中接入电源、信号源、示波器后实物图如图3.4.b，将输入信号频率调至小于下限截止频率时，可观察到输出波形如图3.4.c，频率分别在带通范围内和大于上限截止频率范围内时，观察到输出波形分别如图3.4.d、图3.4.e。

本次课程设计，由于在实际调试之前，我和我的搭档用万用电表仔细检查，并且在检查电路之前反复简化电路，因此调试过程很顺利。

当然，要感谢陈老师教会我们使用电压源及
ua741的基本用法。

结论：实验结果与理论值还是有一定差距，因此，我们的方案还是有待改进。

我们应该算基本达到了实验的要求。

5 心得与体会
本次课程设计是人生第一次，现在回想当时调试的过程还是很激动，毕竟第一嘛。

尽管所做的东西很简单，相对于那些高手所做的东西，我们做的简直没法比。

但是我相信高手也是从最基础的做起，我们有相同的出发点，只不过是他们走的很远，而我们才刚起步。

这次课程设计让我又重新复习了模拟电子电路基础，发现以前记得很清晰的知识点忘记了大半。

的确，自从模电考试过后，我就再也没翻过这本书了。

这也应当是个教训，我不应该是为了考试而读书，而应该是为了掌握知识而读书。

如果大学四年里，考完一科就把那一科的书扔进书柜里不再温习，那么四年后的我又和四年前的我又有什么区别了，学过的知识都忘了和没学的结果一样，白白浪费了四年的青春，从这次的课设中，我应当警醒。

课设很好地把我们所学的理论知识与实际动手能力结合在一起，不是说有多大程度提高了我们的动手能力，但是毫无疑问地锻炼了我们的动手能力。

除此之外，它也让我学会了合作。

当今的中国是大争之世，学会合作是我们每个人的必修课。

这次课设，我和我的室友合作得非常愉快和顺利，所以最后的结果也是令我们两人满意的。

很期待下一次的课设。

6 参考文献
[1] 吴友宇.《模拟电子技术基础》.北京：清华大学出版社，2009
[2] 周新民.《工程实践与训练教程》.武汉：武汉理工大学出版社，2009。