电子课设报告---二阶有源高通滤波器

长沙学院

电子技术

课程设计说明书

题目有源高通滤波器设计系(部) 电子信息与电气工程系专业(班级) 光电2班

姓名

学号**********

指导教师

起止日期2015.6.1-2015.6.5

模拟电子技术课程设计任务书

系（部）：电子信息与电气工程系专业：光电信息工程指导教师：龙英

长沙学院课程设计鉴定表

目录

一、有源高通滤波器的广泛应用 (7)

二、LM741EN芯片引脚功能及其应用 (7)

LM741芯片引脚和工作说明： (8)

三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理 (8)

1.滤波电路 (8)

2.集成运放电路和反馈电路 (9)

3.二阶有源高通电路框架图： (10)

四、有源高通滤波电路的设计 (10)

（1）设计方案 (10)

（2）元器件参数计算和选择（截止频率的选定） (11)

（3）对设计的电路进行仿真调试 (12)

①仿真电路 (12)

②波特图幅频特性 (13)

③波特图相频特性 (13)

④输入波形与输出波形比较（红色为输入波形，蓝色为输出波形） (14)

五、有源高通滤波电路的扩展和改良 (16)

四阶有源高通滤波电路 (16)

利用记录仪观察波形数据 (16)

六、实训总结 (17)

七、参考文献 (17)

一、有源高通滤波器的广泛应用

滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。

在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。

二、LM741EN芯片引脚功能及其应用

LM741EN是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。可广泛应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。

LM741EN引脚图

LM741芯片引脚和工作说明：

1和5为偏置(调零端)

2为正向输入端

3为反向输入端

4接地

6为输出

7接电源

8空脚

三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理

有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路包括：滤波电路、集成运放和反馈电路三个部分。其中滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。

1.滤波电路

根据放大电路的频率响应，由于电抗元件及半导体管极间电容的存在，当输入信号频率过低或过高时，导致放大倍数数值变小，产生超前或滞后的相移。而对于高通滤波电路，当信号频率较低时，耦合电容和发射极电容很大，分压作用不可忽略。由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不可忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。

RC网络在电路中起着重要的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。

其中，高通滤波电路又分为一阶、二阶和高阶，而高阶滤波电路可以由低阶滤波电路级联而成。其中一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，过渡带较宽，幅频特性衰减小，一般在对带外衰减性要求不高的场合下选用。增加RC环节，变成二阶高通可加大衰减斜率。下图分为一阶、二阶高通滤波电路。

2.集成运放电路和反馈电路 集成运放应用在信号的运算和处理中，以输入电压为自变量，以输出电压作为因变量。当输入电压

变化时，输出电压将按一定的数学规律变化，即输出电压反映输入电压某种运算的结果。 为了实现本设计的通频带放大增益，对于基于理想运放的放大电路，采用“虚短”和“虚断”的分析方

法，运放电路中应引入负反馈，使净输入量趋于零，才能保证集成运放工作在线性区。

为了稳定输出电压，故引入电压负反馈。运放电路的特征是从集成运放的输出端到其反相输出端存

在反馈通路。根据设计要求，输入端是信号电压源，输出端要求得到稳定的电压，因此放大电路中应引入电压串联负反馈或电压并联负反馈。

根据以上分析，可得电路设计：

通带增益：

特征角频率：

等效品质因数： 传递函数：

二阶高通滤波电路

C1

C2

R1

R2

Uo

Ui R

C Ui

Uo

一阶高通滤波电路

2c c 22

0)(ωω++=s Q s s A s A RC

1c

=

ωF 31V A Q -=

F

0V A A =

归一化的幅频响应：

巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应：

归一化响应：

3.二阶有源高通电路框架图：

四、有源高通滤波电路的设计

（1）设计方案

将二阶高通滤波电路、集成运放电

路和反馈电路按框架图连接起来，可得到一个二阶有源高通滤波器电路，并在输入和输出端口分别连上波特图示仪和示波器观测输入信号与输出信号的变化，调节输入信号的频率，从而判断本电路是否起到衰减或抑制截止频率以下的频率的作用。下图为基本电路设计。

集成运放

信号输出

反馈网络

RC 网络 信号输入

2c 22c 0

)(1)(1

)j (Q A A ωωωωω+⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-=2n

)/(1)(ωωωc A j A +=