二阶有源高通滤波器的设计

模拟电子技术课程设计报告书

课题名称 二阶有源高通滤波器的设计

姓 名 *** 学 号 ****

院、系、部

通信与电子工程学院

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2011级通信工程

模拟电子技术课程设计

专业**** 指导教师***

2012年12 月21 日

二阶有源高通滤波器的设计

1 设计目的

（1）熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。

（2）掌握二阶有源滤波电路的快速设计方法。

（3）掌握二阶有源滤波电路的调试及其幅频特性和相频特性的测试方法。

2 设计思路

设计一个下限截止频率为20kHz的二阶有源高通电路：

选择合适的运算放大器以及合适的电容电阻，并使之构成完整的电路图。

3 设计过程

二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路，二阶高通滤波器电路组成，总设计图如图1所示：

图1 总体框图 3.1方案论证

根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于20KHz 的信号可以通过，而信号低于20KHz 的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数

即2

22)(c

c

VF s Q

s S A s A ωω++

=

式中RC c 1

=ω VF

A Q -=

31

电路中既引用了正反馈，又引入了负反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱；当信号趋于无穷大时，由于RC 的电抗很大，因而Up(s)趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因为负反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1,R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽的优点。电路中C 、R 构成反馈网络。

3.2电路设计

（1）设计原理二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。二阶高通滤波器的理想物理模型如图2所示

C1 图2二阶高通滤波器的理想物理模型

（2）设计分析

二阶有源高通滤波电路图如图2所示，由图可见，它是有两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 二阶有源高通滤波电路：

a.通带增益

11R R A f vp +

=

b.传递函数

2

2)

()3(1)()(sCR sCR A A sCR s A vp vp

v +-+=

c.频率响应 令CR f π210=

)

3(1

vp A Q -= 则可得出频响表达式

f

f Q j f f A A vp

r 020)1()(

1+-=

(3)参数计算

电容器1C 、2C 的容量应在纳法数量级上，电阻的阻值应在几百千欧以内。 现选择电容大小C 1=C 2=5nF ，则根据公式可得：

R=R=1/（2*π*f L *C ）=1/(2*3.14*20000*0.000000005)=1.59千欧，选择电阻 1.66千欧.与计算值有一点误差，所以，可能导致截止频率比20KHz 稍有偏差。

所以选择： R=R=1.66千欧，C 1=C 2=5nF ，R f =5千欧，R 1=10千欧， 则：A 0=1+R f /R 1=1.5

（符合up A <3,能稳定工作）

4 仿真与结果

(1)组装二阶有源滤波电路。 其中R=R=1.66千欧 R f =5千欧，

R 1=10千欧

C=C1=C2=5nF (2)仿真电路图如图3

C1

5nF

C2

5nF

R

1.66kΩ

R0

1.66kΩ

Rf

5kΩ

R1

10kΩ

XBP1

IN OUT

XFG1

VDD

15V

XSC1

A B

Ext Trig

+

+

_

_+_

U1

OPAMP_5T_VIRTUAL

VCC

-15V

图3仿真电路图

（3）波特仪显示结果如图4所示

图4仿真结果

由图4可知，此电路对20KHz以下的信号具有一定的过滤作用，对20kHz以上的信号可以完全通过。此外，由于受运放增益带宽积为有限值的影响，高通滤波器的幅频响应有所下降。

（4）输入信号为30kHz，10V时示波器显示结果如图5所示

图5输入信号为30kHz，10V时示波器显示结果(5)当输入信号为100Hz，10V时示波器显示结果如图6所示

图6 输入信号为100Hz，10V时示波器显示结果

根据图5和图6的对比可知，此电路对20KHz以上的信号可以通过，对20KHz 以下的信号具有一定的抑制作用。

5主要仪器与设备

函数信号发生器一个。

两个5nf 的电容。

两个1.66千欧的电阻，一个5千欧的电阻，一个10千欧的电阻。

运算放大器一个。

示波器一个。

波特仪一个。

6设计体会与建议

6.1设计体会

本次课程设计让我们了解了滤波器的工作原理以及分类，也让我们熟悉了函数发生器与示波器，接触并学会用Multisim10.0进行仿真，强化了我对解决实际电路设计问题。培养了我们独立思考、认识问题、解决问题的能力。

这次课程设计，第一次接触Multisim10.0,这使我在这次设计中遇到的难题层出不穷，明白了理论与实际的差距，，让我感觉到了自己各方面知识的匮乏以及经验的不足，明白在以后的学习中，要注意理论与实际的结合，勤于动手。

6.2对设计的建议

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在我们初次接触课程设计的时候，由于是第一次接触，老师就是我们的引路人，老师的指导让我们能够有一个明确的目的和方向，从而效率就能够得到提高，这样我们就会有更充足的时间去学习其