带通滤波器的设计和仿真

带通滤波器的设计和仿真

学院信息学院

姓名吴建亮

学号201203090224

班级电信1202

时间2014年10月

1.设计要求

设计带通为300Hz ～10KHz 的带通滤波器并仿真。

2.原理与方案 2.1工作原理：

带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。

2.2总体方案

易知低通滤波电路的截止角频率ωH 大于高通滤波电路的截止角频率ωn ，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器1A 0=，截止频率z 10f f c kH H ==，选取第一级高通滤波器的541.01=Q ,第二级的高通滤波器的306.12=Q 。

主要参数：

电容,p 1000

2F C =则 基准电阻Ω==

5.15945f 21

2

c 0C R π，

F C A Q C p 2341)1(400112

=+=，取标称值2400pF ，

Ω==

1470920

10

1A Q R R ,取标称值14.7k Ω，

Ω==k R A R 7.14102，取标称值14.7k Ω，

Ω=+=

7354)

1(2010

3A Q R R ，取标称值7.32k Ω，

Ω==

609320

20

4A Q R R ,取标称值6.04k Ω，

Ω==k R A R 04.6405，

F C A Q C p 13645)1(440232=+=,取标称值0.013μF,

Ω=+=

3046)

1(2020

6A Q R R ,取标称值3.01ķΩ，

同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益1A 0=，截止频率z 300f f c H L ==，选取第一级高通滤波器的541.03=Q ,第二级的高通滤波器的306.14=Q 。 主要参数如下：

电容F C C C μ033.0~0105==，

，

Ω==

k R 08.16C f 21

0C 0π

Ω=+=

k A Q R R 9.9)

/12(030

7，取标称值10k Ω，

Ω=+=k A Q R R 1.26)21(0308，取标称值27k Ω， Ω=+=

k A Q R R 10.4)

/12(040

9 ，取标称值3.9k Ω，

Ω=+=k A Q R R 98.62)21(04010，取标称值62k Ω。

3 电路设计

图3-1 高通滤波器

图3-2 低通滤波器

如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。

4仿真、分析

图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz 、1kHz 与10kHz 时的示波器波形显示，其输

入的正弦信号的幅值均为2V ，滤波器的仿真结果符合预期结果。

图4-1 Hz 300f 时滤波器仿真结果

图4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果

图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果

图4-4 下限截止频率

图4-5 上限截止频率

图4-6 通带频率

电路的波特图如图4-4，图4-5，图4-6所示。

从表4-1和图4-4所仿真结果看，滤波器通带范围理论值在z 7.9~z 310kH H ，且在通带范围内增益0A 较为稳定,在1左右。

f/Hz

50 100 200 250 280 300 310 330 360 opp V /V

0.001 0.023 0.373 0.907 1.267 1.375 1.532 1.630 1.877 f/Hz

400 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 opp V /V

2.045 2.087 2.172 2.039 1.985 1.977 1.980 1.962 1.914 f/kHz

8 8.2 8.5 9 9.3 9.7 10 11 12 opp V /V

1.828

1.820

1.795

1.650

1.609

1.512

1.435

1.181

0.868

表4-1 有源滤波器仿真测试结果

从表4-1和图4-4所仿真结果看，滤波器通带范围理论值在z 7.9~z 310kH H ，且在通带范围内增益0A 较为稳定,在1左右。

5总结

用LC 网络组成的无源带通滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺

点，而用集成运放和RC 网络组成的有源带通滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。利用有源带通滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源带通滤波器还兼有放大与缓冲作用。 本次实验通过有源4阶带通滤波器的设计，了解了一系列滤波器的知识，同时能熟练掌握multisim 的应用，收获颇丰。