四阶带通滤波器论文
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[4] National Semiconductor MF10 [R]. May 2001.www.national.com, 1~27.
[5] 孟开元, 熊光宇. 多用途有源滤波器 MF10[J]. 国外电子元器件 , 1997,(01)
评阅教师评语： 指导教师签名：
课程设计成绩
考勤成绩 实做成绩 报告成绩 总评成绩
《测控电路及装置》
课程设计报告
论文题目：四价带通滤波器设计
学院(系)：电子信息与自动化学院测控系
班 级： 2008 级 73-2 班
学生姓名：
刘元东
学 号：
10807030216
指导教师：
时间： 从 2011 年 1 月 4 日 到 2011 年 1 月 14 日
4、测试与分析
在调试中得到正确的相频和相位特性后，将示波器连在电路输出，据输出 波形可检验电路是否实现带通功能。在函数发生器中分别将输出频率调得 800HZ、1000HZ、15000HZ，而得如上图波形，带通滤波电路实现了将通带以外 的信号衰减或抑制，如图。当然在通带边缘频率上滤波功能显得并不是很明显， 主要是各方面的误差累积而致。
2.2 芯片 LM324 介绍
LM324 是四运放集成电路，它采用 14 管脚双列直插塑料（陶瓷）封装， 外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，
四组运放相互独立。每一组运算放大器可用如下图所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源 端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输 出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出 端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。
2、硬件设计
2.1 电路图
R4 47kΩ
XBP1 IN OUT
R9 47kΩ
XSC1
A +_
B +_
Ext T rig +
_
0 1
XFG1 R1
100kΩ
R3 4
11 U1A
2
4C1k1Ω
10 R5
1
9
2
3
3
100kΩ
10nF
4 LM324AD
R8 0
8
2
4C1k2Ω
7
3
6 10nF
5 11 U2A
其电路性能参数计算如下：
通带增益
中心频率
通带宽度
选择性
而由题目给出 fh =1100HZ fL =900HZ
可得此 fo =1000HZ B=200HZ
在中心频率计算公式中自定义给出 R1 、R2、C 值，又中心频率已知，即可 算出 R3 值；再在通带宽度公式中 B、R1、R2、R3、C 皆已知，即可得出 Rf 与 R4 比值。设计出电路，如硬件设计中电路图。
带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较，不 难发现低通与高通滤波电路相串联,可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电 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 。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器（如上图）中 将其中一级改成高通而成，利用 LM324 芯片再将两个这样的滤波器串联即得四 阶带通滤波器。
1、原理与总体方案
1.1 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。
1.2 总体方案
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有 增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外 的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤 波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的 通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
6、参考文献
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M]北京：高等教育出版社，2006
[2]张国雄主编.测控电路[M] 北京：机械工业出版社，2009
[3] 郝 鸿 安 . CMOS 集 成 电 路 实 用 电 路 [M]. 上 海 ： 上 海 科 学 普 及 出 版 社 ,
1994.179~184.
主要参数：
LM324 引脚图
参数名称
测试条件
最小
输入失调电压 U0≈1.4V RS=0
-
输入失调电流
-
-
输入偏置电流
-
-
大信号电压增益 U+=15V，RL=5kΩ
88k
电源电流
U+=30V，Uo=0，RL=∞ 1.5
共模抑制比
Rs≤10kΩ
65
典型 2.0 5.0 45 100k 3.0 70
最大 7.0 50 250
5、结束语
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。通过课程设计，深感 动手能力稍有提高，有很踏实而带的喜悦。
1
0
4 L来自百度文库324AD
C3 10nF R2
11.5kΩ
R7 22kΩ
0
V1 12 V
C4 10nF
R6
11.5kΩ
R10 22kΩ
如电路图各硬件参数与公式中有（R1=R1、C1=C2=C3=C4=C、R2=R6=R3、 R7=R10=R2、R4=R9=Rf 、R3=R8=R4）对应关系：
若给定 R1=R1=100K 欧、R7=R10=22K 欧、R4=R9=Rf=47K 欧，据方案中公式 即可算得 R2=R6=R3=11.5K 欧、R3=R8=R4=41K 欧，而 Q=1000HZ/200HZ=5,图是将 两个二阶带通滤波器连接而成四阶带通滤波器。
-
单位 mV nA nA mA dB
由于 LM124/LM224/LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小， 可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
3、调试
在仿真软件中按电路仿真后，发现中心频率和通带宽度都有较大偏差，在 给定条件下，将要求量反复计算得出为：（电路图各硬件参数与公式中变量对应） R2=R6=R3=11.5K 欧、R3=R8=R4=41K 欧 。给电路输入正弦信号后，在波特 仪中观察相频特性和相位特性，而截得如图相频和相位曲线及波特结果。可看出 其与理论值还存在微小偏差，主要是由于计算出的电路中某些原件的参数存在误 差。
[5] 孟开元, 熊光宇. 多用途有源滤波器 MF10[J]. 国外电子元器件 , 1997,(01)
评阅教师评语： 指导教师签名：
课程设计成绩
考勤成绩 实做成绩 报告成绩 总评成绩
《测控电路及装置》
课程设计报告
论文题目：四价带通滤波器设计
学院(系)：电子信息与自动化学院测控系
班 级： 2008 级 73-2 班
学生姓名：
刘元东
学 号：
10807030216
指导教师：
时间： 从 2011 年 1 月 4 日 到 2011 年 1 月 14 日
4、测试与分析
在调试中得到正确的相频和相位特性后，将示波器连在电路输出，据输出 波形可检验电路是否实现带通功能。在函数发生器中分别将输出频率调得 800HZ、1000HZ、15000HZ，而得如上图波形，带通滤波电路实现了将通带以外 的信号衰减或抑制，如图。当然在通带边缘频率上滤波功能显得并不是很明显， 主要是各方面的误差累积而致。
2.2 芯片 LM324 介绍
LM324 是四运放集成电路，它采用 14 管脚双列直插塑料（陶瓷）封装， 外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，
四组运放相互独立。每一组运算放大器可用如下图所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源 端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输 出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出 端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。
2、硬件设计
2.1 电路图
R4 47kΩ
XBP1 IN OUT
R9 47kΩ
XSC1
A +_
B +_
Ext T rig +
_
0 1
XFG1 R1
100kΩ
R3 4
11 U1A
2
4C1k1Ω
10 R5
1
9
2
3
3
100kΩ
10nF
4 LM324AD
R8 0
8
2
4C1k2Ω
7
3
6 10nF
5 11 U2A
其电路性能参数计算如下：
通带增益
中心频率
通带宽度
选择性
而由题目给出 fh =1100HZ fL =900HZ
可得此 fo =1000HZ B=200HZ
在中心频率计算公式中自定义给出 R1 、R2、C 值，又中心频率已知，即可 算出 R3 值；再在通带宽度公式中 B、R1、R2、R3、C 皆已知，即可得出 Rf 与 R4 比值。设计出电路，如硬件设计中电路图。
带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较，不 难发现低通与高通滤波电路相串联,可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电 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 。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器（如上图）中 将其中一级改成高通而成，利用 LM324 芯片再将两个这样的滤波器串联即得四 阶带通滤波器。
1、原理与总体方案
1.1 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。
1.2 总体方案
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有 增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外 的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤 波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的 通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
6、参考文献
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M]北京：高等教育出版社，2006
[2]张国雄主编.测控电路[M] 北京：机械工业出版社，2009
[3] 郝 鸿 安 . CMOS 集 成 电 路 实 用 电 路 [M]. 上 海 ： 上 海 科 学 普 及 出 版 社 ,
1994.179~184.
主要参数：
LM324 引脚图
参数名称
测试条件
最小
输入失调电压 U0≈1.4V RS=0
-
输入失调电流
-
-
输入偏置电流
-
-
大信号电压增益 U+=15V，RL=5kΩ
88k
电源电流
U+=30V，Uo=0，RL=∞ 1.5
共模抑制比
Rs≤10kΩ
65
典型 2.0 5.0 45 100k 3.0 70
最大 7.0 50 250
5、结束语
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。通过课程设计，深感 动手能力稍有提高，有很踏实而带的喜悦。
1
0
4 L来自百度文库324AD
C3 10nF R2
11.5kΩ
R7 22kΩ
0
V1 12 V
C4 10nF
R6
11.5kΩ
R10 22kΩ
如电路图各硬件参数与公式中有（R1=R1、C1=C2=C3=C4=C、R2=R6=R3、 R7=R10=R2、R4=R9=Rf 、R3=R8=R4）对应关系：
若给定 R1=R1=100K 欧、R7=R10=22K 欧、R4=R9=Rf=47K 欧，据方案中公式 即可算得 R2=R6=R3=11.5K 欧、R3=R8=R4=41K 欧，而 Q=1000HZ/200HZ=5,图是将 两个二阶带通滤波器连接而成四阶带通滤波器。
-
单位 mV nA nA mA dB
由于 LM124/LM224/LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小， 可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
3、调试
在仿真软件中按电路仿真后，发现中心频率和通带宽度都有较大偏差，在 给定条件下，将要求量反复计算得出为：（电路图各硬件参数与公式中变量对应） R2=R6=R3=11.5K 欧、R3=R8=R4=41K 欧 。给电路输入正弦信号后，在波特 仪中观察相频特性和相位特性，而截得如图相频和相位曲线及波特结果。可看出 其与理论值还存在微小偏差，主要是由于计算出的电路中某些原件的参数存在误 差。