四阶带通滤波器

电子系统设计实验报告

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提交日期2011年11月1日

目录

第一章设计题目 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2 设计要求 (1)

第二章原理分析及参数计算 (1)

2.1 总方案设计 (1)

2.1.1 方案框图 (1)

2.1.2 原理图设计 (1)

2.2 单元电路的设计及参数计算 (2)

2.2.1 二阶低通滤波器 (2)

2.2.2 二阶高通滤波器 (3)

2.3 元器件选择 (4)

第三章电路的组装与调试 (5)

3.1 MultiSim电路图 (5)

3.2 MultiSim仿真分析 (5)

3.1.1 四阶低通滤波器 (5)

3.1.2 四阶高通滤波器 (5)

3.1.3 总电路图 (6)

3.3 实际测试结果 (6)

第四章设计总结 (6)

附录…………………………………………………………………………………

附录Ⅰ元件清单…………………………………………………………………

附录Ⅱ Protel原理图……………………………………………………………

附录Ⅲ PCB图（正面）…………………………………………………………

附录Ⅳ PCB图（反面）…………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………

第一章 设计题目

1.1 设计任务

采用无限增益多重反馈滤波器，设计一四阶带通滤波器，通带增益01A =，

1L f kHz =，2H f kHz =，设计方案如图1.1所示。

图1.1 四阶带通滤波器方案图

1.2 设计要求

1.用Protel99 画出原理图，计算各元件参数，各元件参数选用标称值；

2.用Mutisum 对电路进行仿真，给出幅频特性的仿真结果；

3.在面包板上搭接实际电路，并测试滤波器的幅频特性；

4.撰写设计报告。

第二章 设计方案

2.1 方案设计

2.1.1方案框图(如图2.1.1)

图2.1.1 四阶带通滤波器总框图

2.1.2原理图设计

本原理图根据结构框图组成了4个二阶滤波器，上面两个分别为c f =2kHz ，Q=0.541，A=1的低通滤波器和c f =2kHz ，Q=1.306，A=1的低通滤波器；下面两个分别为c f =1kHz ，Q=0.541，A=1的高通滤波器和c f =1kHz ，Q=1.306，A=1的高通滤波器，其中P1、P2、P3作为接线座用来接线，原理图如图2.1.2,具体参数计算见2.2节。

V i

V o

二阶低通滤波器 二阶低通滤波器 二阶高通滤波器 二阶高通滤波器

图2.1.2 四阶带通滤波器原理图

2.2单元电路的设计

2.2.1二阶低通滤波器

二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图2.2.1所示。该滤波器电路是有1R ,1C 低通级以及3R ,2C 积分器级组成，这两级电路表现出低通特性。通过2R 的正反馈对Q 进行控制。根据对电路的交流分析，求得传递函数H(s)为

()1312

211232312

11111R R C C H s s s C R R R R R C C -=

⎛⎫++++

⎪⎝⎭

将上式与二阶低通滤波器传递函数

()2022

c c

c H H s s s Q

ωωω=

+

+

比较得 图2.2.1 二阶低通滤波器示意图

1223

1

c C C R R ω=

201R H R =- 12

2

231

3223

C C Q R R R R R R R =

++

直接采用这三个公式来计算1C ,2C ,1R ,2R ,3R 的值是非常困难。为了简化运算步骤，先给2C 确定一个合适的值，然后令1C =n 2C ，式中n 是电容扩展比，A 为滤波器直流增益幅度。可以从上述三个公式推得各电阻值的计算公式：

()2121+1-412c Q A n

R QC A

ω+=

21R R A = 32

212

1

c R R C C ω=

取24(1)n Q A =+,上式可进一步简化为

1212c R QC A ω=

21R R A = 32212

1

c R R C C ω=

令02

1

c R C ω=

,可得到滤波器中各项参数的计算公式为 2124(1)C Q A C =+ ()10

2R R QA =

21R A R =⨯ ()3021R R Q A =+⎡⎤⎣⎦

由此可见，只要确定2C 的值，其余的参数可随之确定。

滤波器中各项参数的具体计算步骤是：

a) 决定2C 的容量，再用0212c R f C π=公式计算基准电阻0R 。选取2C 值为

3300pF,则基准电阻021214.2c R f C k π==Ω。 b) 计算1C 的电容值，2124(1)7726C Q A C pF =+=。 c) 计算1R 的电阻值，()10222.29R R QA k ==Ω。 d) 计算2R 的电阻值，2122.29R A R k =⨯=Ω。 e) 计算3R 的电阻值，()302111.14R R Q A k =+=Ω⎡⎤⎣⎦。 由于需要取标称，这里取1%精度的金属膜电阻的标称值。

这里1C 取7750pF ，1R 取22.1k Ω，2R 取22.1k Ω，3R 取11k Ω

同理可计算当 1.306Q =,33300C pF =时各项参数

49.23R k =Ω,取标称值9.31k Ω。 59.23R k =Ω,取标称值9.31k Ω。

6 4.64R k =Ω,取标称值4.64k Ω。 445028C pF =,取标称值47nF 。

2.2.2二阶高通滤波器 图2.2.2 二阶高通滤波器示意图

二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图2.2.2所示。利用相同的