有源滤波器设计报告书

广东工业大学课程设计任务书

题目名称有源滤波器设计

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摘要

滤波器（filter）是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到的纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。带通滤波器（band-pass filter）是指能通过某一频率范围内的频率分量，能将其他范围分量衰减的设备。一个理想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，通带外的转换在技校的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器，因为并不能将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在索要的通

带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围，这通常被称为滤波器的滚降现象，使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而随着滚降范围越来越小，通常就变得不再平坦-开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应被称为吉布斯现象。

带通滤波器能够广泛应用在电子学和信号处理领域，本文重点介绍了带通滤波器的工作原理以及设计方法，介绍了带通滤波器的工作原理并设计了一个带通滤波电路，并给出了系统的电路设计方法和主要模块的原理分析。由实验结果可知，该滤波器具有良好的滤波效果，并能稳定运行。

关键词：带通滤波器 multisim 设计

目录

前言 (4)

第一章二阶带通滤波器设计的内容和要求 (5)

第二章电路设计 (6)

一、正弦波产生电路设计 (6)

二、压控电压源型二阶带通滤波器设计 (8)

第三章电路的仿真调试 (10)

第四章焊接并调试电路 (13)

第五章总结 (14)

第六章主要参考文献 (15)

前言

近几年随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备而产生的大量的高次谐波，已导致电网上网正常波形发生严重畸变，影响到供电系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。

随着生产技术方式的变化，生产力确实得到较大提高，可同时也受到方方面面的限制。如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验，试验过程中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰，为评价新方案的效果，需排除这些随即因素的影响，即需要一个滤波器。经滤波以后对新方案的效果进行检验。

有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，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，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。

利用有源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。

此系统以测控电路以及电子电工的基本理论为基础, 并通过查阅手册和参考文献资料，综合运用测控电路课程中所学的理论知识,在一个团队的共同协作下完成设计的。

第一章二阶带通滤波器设计的内容和要求

一、课程设计的内容

1、设计内容

（1）正弦波产生电路中文氏电桥振荡工作原理分析；

（2）分析正弦波产生电路中W2的作用；

（3）计算二阶带通滤波器电路中各元件的参数；

（4）用Matlab画出所设计的二阶带通滤波器的幅频和相频曲线；

2、电路仿真

根据有源滤波器电路工作原理，选用相应软件实现电路的仿真，并画

出电路各点的信号波形，观察有源滤波器随着输入信号频率的变化，有源滤波器输出信号的变化。

3、使用Protel绘制电路原理图，布局PCB板，使用热转印或者曝光方法

制作电路板，根据系统原理图及所选择的元件及参数，购买相应元器件，完成电路焊接、调试。

二、课程设计的要求与数据

1、完成二阶带通滤波器电路的分析与制作；

2、讨论与分析，制作与调试，演示与答辩，提交设计报告。

三、课程设计应完成的工作

1、电路原理图设计；

2、电路工作原理分析；

3、电路参数计算与分析；

4、电路原理仿真；

5、电路制作、调试；

6、撰写设计报告；

7、实物演示与答辩。

第二章电路设计

一、首先设计一个如下图所示的1000Hz的正弦波产生电路：

RC桥式振荡电路如上图所示。由图示可知，此电路由放大电路和选频网络组成，其中，R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间构成正反馈，以此产生正弦自激振荡。R3、Rw以及R4组成负反馈网络，调节Rw可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC串并联网络与负反馈中的R3、Rw刚好组成一个四臂电桥，电桥的对角线定点街道放大器A1的两个输入端，桥式振荡电路的名称便由此得来。

根据电路分析RC串并联网络的选频特性，根据正弦波振荡电路的振幅平衡条件，选择合适的放大指标，构成一个完整的振荡电路。

振荡电路的传递函数计算

根据上图计算：,

其中，Z1、Z2分别为途中RC串、并联网络的阻值。

可以计算得到输入与输出的传递函数如下：

……………………（1.1）

由（1.1）式可得，= 即

取==16KΩ,==0.01μf,则有

===1000Hz

振荡电路分析

就实际的频率而言，可用s=jw替换，在w=时，经RC选频网络传输到运放同相端的电压与同相，这样，放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足满足相位平衡条件。

(jω)=

令=，且==C,==R,则式（1.2）变为

(jω)=

由此可得RC串并联选频网络的选频响应

=

相频响应

=-arctan

由此可知

ω=，或f==

时，幅频响应的幅度为最大，即

=