二阶高通有源滤波器介绍

探※※※※※※※※

2014级电子科学与技术专业

探模拟电子技术课程设计探

探※※※※※※※※

模拟电子技术课程设计报告书

2016年1月14日

一、设计任务及要求：

设计任务：

设计一个二阶高通有源滤波器

要求：

1. 设计一个下限截止频率为21kHz二阶高通滤波器。

2. 采用Multisim 12.0 仿真电路，并进行验证和完善所设计方案。

3. 完成设计实验报告。

4. 学习相关的一些理论知识。

指导教师签名：

2016年1月14 日

二、指导教师评语：

指导教师签名： ______________

2016年1月14 日

二、成绩

验收盖章

2016年1月14 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)学会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幅频特性和相频特性的测试方法。

2设计思路

(1)设计一个下限截止频率为21kHZ二阶有源高通滤波电路。

(2)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)进行相关的调试工作。

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总设计图

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25KHZ的信号可以通过，而低于25kHz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数：

即A(s)=A(vf)*S A2/(S A2+W(c)/Q*S+W(c)A2)

式中W(c)=1/RC

Q=1/(3-A(vf))

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=fO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

图2二阶高通滤波器的理想电路图

(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

A(vp)=1+R(f)/R1

b. 传递函数

A(s)=(sCR)A2*A(vp)/[1+(3-A(vp)*sCR+(sCR)A2]

c. 频率响应

令f0=1/2*pi*CR Q=1/(3-A(vp))

则可得出频率响应表达式

Ar=A(vp)/[1-(fO/f)A2+j(1/Q)*(fO/f)]

(3) 参数计算

电容器C1、C2的容量应在纳法数量级上，电阻的阻值应该在几百千欧以内。

现选择电容大小3= C2=5nf,则根据公式可得：

R=1/[2*pi*fL*C]=1/(2*3.14*21OOO*O.OOOOOOOO5)=1.516 千欧，选择电阻

1.55千欧。与计算时有一点误差，所以，可能导致截止频率比21KHZ稍有偏

差。所以选择：R=Ro=1.3千欧，3= C2=5nf,Rf=5千欧，R1=10千欧

则：

Ao=1+Rf/R1=1.5 ( 符合A(vp)<3, 能稳定工作)

4 调试与结果

(1) 组装二阶有源滤波电路。其中：

R1=10千欧

R=Ro=1.55千欧

Rf=5 千欧

C=C1=C2=5nf

(2) 仿真电路图如图3

XBP1

XSC1

图3仿真电路图

(2)波特仪显示结果如图4所示

波琴测试仪-XBF1

331 ―1•莎阳 E B +@. a - 十通出

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

(3) 当输入信号为22kHz ，10V 时示波器显示结果如图5

所示

Osd HI Q

sco pe-XSCl

Scale ： 50 us/Div Scale ； 10 V/Div Scale ； 500 V/Div 11 ］射

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图5仿真结果

(4) 当输入信号为120Hz, 10V 时示波器显示结果如下图6所示

TimE Channel A Channel B

1.801ms ■8.123 V Reverse

1.801ms -8.123 V

0,000 s 0.Q00V

Save

Ext. trigger

in

T1

□ SB

T2-T1