二阶压控型低通、高通、带通、带阻滤波器的设计.doc

东 北 石 油 大 学

课 程 设 计

2016年7月14日

课 程 电子线路综合课程设计 题 目 有源滤波器设计 院 系 电子科学学院 专业班级 电子信息工程14-3 学生姓名 陈忠昕

学生学号

指导教师 韩建

东北石油大学课程设计任务书

课程电子线路综合课程设计

题目有源滤波器设计

专业电子信息工程14-3 姓名陈忠昕学号

主要内容、基本要求、主要参考资料等

主要内容：

利用运算放大器组成有源低通、高通、带通、带阻滤波器。

基本要求：

1. 通频带自定义；

2. 测量设计的有源滤波器的幅频特性；

3. 选用通用运算放大器，运放的开环增益应在80dB以上；

4. 采用Multisim软件进行仿真，验证和完善设计方案；

5. 按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。

主要参考资料：

[1] 童诗白. 模拟电子技术基础(第四版)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 陈明义. 电子技术课程设计实用教程(第3版) [M]. 长沙：中南大学出版社，2010.

[3] 程春雨. 模拟电子技术实验与课程设计[M]. 北京：电子工业出版社，2016.

完成期限2016年7月14日

指导教师

专业负责人

2016 年7 月5 日

任务技术指标

二阶压控型有源低通滤波器（LPF ）

设计一个二阶压控型有源低通滤波器，要求特征频率f 0=100kHz ，Q=1；

二阶压控型有源高通滤波器（HPF ）

设计一个二阶压控型有源高通滤波器，要求特征频率f 0=100Hz ，Q=1；

二阶压控型有源带通滤波器（BPF ）

设计一个二阶压控型有源带通滤波器，要求中心频率为f 0=5KHz ，Q=2；

二阶压控型有源带阻滤波器

设计一个二阶压控型有源带阻滤波器，要求中心频率为f 0=100Hz ，Q=2；

总体设计思想

设计滤波电路实现，让指定频段的信号能比较顺利地通过，而对其他频段信号起衰减作用。如低通滤波电路能使低频信号顺利通过，而使高频信号受到抑制。常见的无源滤波有RC 滤波，但RC 滤波电路中的电阻会消耗信号能量，所以我们用放大电路和RC 网络组成有源滤波电路，以提高滤波性能。

二阶压控型有源低通滤波器（LPF ）

电将简单二阶有源低通滤波电路中C 1的接地端改接到集成运放的输出端，形成反馈。如图1

所示，对于反馈信号而言，电容C 1具有超前作用，而电容C 2=具有滞后作用。因此只要参数合适，可使该电路在f 0附近的反馈极性为正，又不致造成自激振荡，从而使f 0附近的电压放大倍数得到提高。当f<>f 0时信号被C 2衰减，输出电压的幅值小，反馈信号弱，对电压放大倍数影响也不大。 通带电压放大倍数

通带电压放大倍数是f=0时输出电压与输入电压之比。而对于直流信号而言，电路中的电容

相当于开路，因此通带电压放大倍数1

u 1R R A f

p +=（I ）；

传递函数

集成运放同相输入端的对地电压与输出电压的关系是)()(1

S o up

S U A U =+（II ），U +(S)与M 点的电位关系是)()(11

S M S U sCR

U +=

+（III ），

波器

二阶压控型有源低通滤图-1

由节点电流法可得

0][)

()()()()()(=-----+R

U U sC U U R U U S S M S O S M S M S i （IV ）, 将（I ）（II ）（III ）式联立求解，

可以得到传递函数2

)()()3(1sCR sCR A A A up up

S u +-+=（V ）。

该式表明此电路的通带电压放大倍数应该小于3，否则A u(S)将有极点处于右半s 平面或虚轴上，电路不能稳定工作。若希望A up >3，可采用二阶无限增益多路反馈LPF 。 频率特性

将传递函数中的s 换成j ω，并令RC f 1200==πω，则有0

20)3()(1f f A j f f A A up up

u -+-=。当f=f 0

时可化简为)3(up up

u A j A A -=（VI ）。

二阶压控型有源高通滤波器（HPF ）

有源高通滤波器与有源低通滤波器成对偶关系，如图2所示

幅频特性曲线、传递函数与LPF 成对偶关系。若HPF 和LPF 的通带截止频率相同，那么HPF

和LPF 的幅频特性以垂直线f=f p 为对称，二者随频率的变化是相反的，HPF 的|Au|随频率升

高而增大。将LPF 传递函数中的s 换成s

1

，调整一下系数，则变成了相应的HPF 的传递函数。

所以，可以得到 通带电压放大倍数

当频率足够高时，电容C 1和C 2可视为短路，因此HPF 的通带电压放大倍数为1

u 1R R A f

p +=；

传递函数

根据对偶关系，将LFP 传递函数中的sCR 换为sCR

1

，则得到HPF 的传递函数

2

)()

1(1)3(1sCR

sCR A A A up up

S u +-+=

， 整理得2

2

)()()3(1)(sCR sCR A Aup

sCR A up S u +-+=；

频率特性 将2)()1(1)3(1sCR

sCR A A A up up

S u +-+=

中的s 换成j ω，并令RC f 1200==πω，则有

波器

二阶压控型有源高通滤图-3)

(S i 的对偶关系示意图

和图LPF HPF -2