二阶有源高通滤波器

2013级《模拟电子技术》课程设计说明书

二阶有源高通滤波器

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：方拓

指导教师：张松华职称副教授

专业：电气工程及其自动化

班级：电气本1301班

完成时间：2015年6月20日

《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院

《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院

摘要

滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路，滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路，从滤波器的阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。本设计为有源二阶高通滤波器。

本设计采用一般意义上的设计方案，即通过无源二阶高通滤波电路接入运放组成的放大电路，组成二阶有源RC高通滤波器，先根据设计方案计算出所需各元件参数，通过Multisim 10仿真得到具体的电路图，在由制图软件（Altium Designer summer 09）得到原理图，由原理图导入到PCB图中，得到我们所用的电路板。其中包括了电子元件的新建和封装、打印、转印等步骤。最后，焊接时应注意线是否导通、是否短路和有无虚焊等。最终完成安装，进行调试。调试结果表明电路仅能够实现信号的高通滤波。

关键词：二阶；有源；高通；滤波器

目录

1绪论11

1.1设计课题意义及背景12

1.2设计课题任务及要求12

1.3设计内容12

2设计原理及方案比较1

2.1设计原理1

2.2方案比较1

2.3设计方案3

2.4直流电压源的设计3

2.4.1设计要求3

2.4.2直流稳压电源工作原理3

3设计课题的参数选择5

3.1有源二阶高通滤波器5

3.1.1无源二阶RC高通滤波电路部分5

3.1.2运放部分5

3.2.1电源变压器6

3.2.2整流桥6

3.2.3滤波部分6

4仿真分析8

4.1仿真电路图8

4.2仿真数据及分析8

5制作与调试11

5.1安装与调试11

5.2调试11

5.3调试结果11

5.3.1直流电源调试结果11

5.3.2二阶有源高通滤波电路调试结果11

5.4 数据分析12

5.5 故障排查12

心得体会13

参考文献14

致谢15

附录15

附录A电路原理图15

附录B 电路PCB图16

附录C 电路实物图17

附录C 元件清单18

1绪论

1.1设计课题意义及背景

电子技术是当今科技发展的热点，各先进国家无不把它放在优先发展的地位。电子技术是电气类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。想要很好的掌握电子技术，除了掌握基本理论之外还要将其运用到实践中去，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。

滤波器是信号处理的重要单元,在现代电子技术中得到了广泛的应用。按处理信号的不同,滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器,模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器是指网络由电阻、电容及有源器件(三极管、运算放大器等,通常是运算放大器) 构成。因为不用电感元件,所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。有源滤波器有许多独特的优点,如设计标准化、模块化、易于制造等。由于运算放大器的增益和输入电阻高、输出电阻低,所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，并可用简单的级联得到高阶滤波器,且调谐也很方便。有源滤波电路的用途很广,主要用于小信号处理,可作为抑制干扰、噪声、衰减无用频率信号而突出有用频率信号达到提高噪声比或选频的目的。在实际应用中,综合考虑电路滤波特性和信号增益,一般选用有源滤波器,因此,研究其设计有很大的实际意义。

1.2设计课题任务及要求

设计一种二阶RC有源高通滤波器电路，电路截止频率100HZ，通带内增益2~3倍，幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化。

1.3设计内容

（1）电路设计方案比较；

（2）电路参数分析计算和选择；

（3）单元电路设计并进行分析；

（4）实物制作；

（5）系统调试（使用的仪器、测试数据表）；

（6）撰写设计报告。

2设计原理及方案比较

2.1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。

图1 二阶有源滤波器设计原理

2.2方案比较

（1）压控电压源二阶高通滤波器

图2所示，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于c R 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0f f 时使电压放大倍数数值增大，又不会因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、频率范围宽等优点。电路中C 、R 构成反馈网络。

压控电压源二阶高通滤波器电路如图2所示，其传输函数为公式(1)所示。

图2 压控电压源二阶高通滤波器

传输函数:

2

2

)

()3(1s s sRC sRC A RC A A Vf Vf +-+=

）

（）（（1）

通带增益:

1f vf /1R R A +=（2）

截止频率：

RC

π21

f p =

（3） 品质因数：

f

Av Q -=

31

（4）

（2）无限增益多路负反馈二阶高通滤波器

无限增益多路负反馈二阶高通滤波器电路图如图3所示。

图3无限增益多路负反馈二阶高通滤波器

该电路的传输函数为：

3

22123213

223

2212)(1s C C R R s C C C C C R

s C C R R s A A vf ++++=

）（(5)

通带增益：

2

1

vf C C A -

=(6) 截止频率：

3

221p 21

f C C R R π=

(7)