带通滤波器

带宽9khz-11khz带通滤波器的设计

1.设计目的

制作一个中心频率10khz，带宽9khz-11khz带通滤波器。

2.原理图设计

2.1 butterworth带通滤波器原理

带通滤波器是指通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围内的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。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内完成。

2.2 滤波器设计软件FilterPro简介

FilterPro 是美国TI（德州仪器）公司推出的一款优秀的滤波器设计软件，它支持低通、高通、带通以及全通滤波器的设计，同时也支持常见的贝塞尔。巴特沃斯以及切比雪夫响应类型。设计人员只需要根据滤波器的设计向导按部就班地往下进行，就可以得到符合要求的滤波器电路，同时还可以得到与之相对应的响应曲线。但是有一点需要注意：这款软件的计算结果是一个连续域的计算结果，只有当使用的运算放大器是绝对理想的运放时才能得到与所给响应曲线完全吻合的响应结果，但这并不影响我们使用它进行滤波器的设计。因此只需要使用其他基于Spice 模型的EDA 仿真软件对电路进行仿真分析和调整，这就可以设计出性能稳定的滤波器电路。

2.3 TL082芯片简介

TL082是一通用的J-FET双运算放大器。其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流；输出设有短路保护；输入级具有较高

的输入阻抗；内建频率补偿电路；较高的压摆率。最大工作电压：Vccmax=±18V。

2、4基于filterpro的滤波器设计

使用filterpro设计软件设计4阶带通滤波器，其设计方法如图（1）。图（a)为选择带通滤波器，图（b）为选择中心频率，带宽和阶数，图（c）为选择butterworth，图（d）为选择mutiple-feedback(single ended)。

图（a）图（b）

图（c）

图（d）

图(1) filterpro设计步骤

2.5 生成参考电路图如图（2）所示

图(2) filterpro生成的参考电路图

3.电路原理仿真

3.1 proteus仿真软件简介

Proteus 软件是英国Labcenter electronics 公司开发的一款功能强大的EDA 软件，它自身集成了丰富的元件库，更具有其他软件无法与之相媲美的单片机仿真功能，使得它被广大单片机设计人员所熟知。其实Proteus在模拟电子的设计与仿真中做的同样出色，只不过对它在这

方面的介绍较少。Proteus中独特的图表分析法可以实现多种类型的仿真。本文所设计的这款带通滤波器就是在Proteus使用频响曲线图表进行分析的。

3.2 中心频率10khz，带宽2khz带通滤波器原理图仿真

在proteus软件架构下，参考filterpro设计电路图（图(2)），绘制仿真电路图图(3)。在输入、输出端加入测试点进行仿真，图(4)为幅频特性曲线图。

图(3) 仿真电路图

图(4) 幅频特性曲线图

3.3 结论

根据仿真图，可清晰地看到此9khz-11khz带通滤波器具有较好的

频率特性。

4.滤波器电路板的制作

4.1 电路板布局、布线

参考filterpro原理图在面包板上制作。制作第一步是在纸上绘制格子图。

首先进行元件布局，Tl082芯片的底座在格子图中间，输入输出分别在格子图的左右两侧，电源在格子图下方，0.1uf电容放在芯片4号和8号脚附近，使电路板有较好的抗干扰性。其余的为电阻和电容。这样布局不仅美观而且使电路板有更好地抗干扰性。其次布线时两条平行线尽量短，走线尽量短，以减少辐射。格子图如图(5)所示。

图(5)

4.2电路板的制作

由格子图所示，在电路板上进行布局并焊接，并对输入、输出、电源进行标注。如图(6)中图(e)(f)所示。

图(e) 正面

图(f) 反面

图(6)

5.电路实测

在8khz-12khz ，选择几个测试点，用示波器测量，得波形图，如图(7)中图(g)(h)(i)(j)(k)所示。

图(g) f=8.6khz

图(h) f=9khz

图(i) f=10khz

图(j) f=11khz

图(k) f=11.7khz

图(7)

由以上图可清晰地看出在中心频率10khz时，输出电压幅值可达到最大980mv，相对于输入1v来讲,略微衰减；频率为9khz时，输出电压为520mv，衰减大于3dB；频率为11khz时，输出电压为520mv，衰减大于3dB；频率在8.6khz，输出电压为360mv，衰减大于3dB；频率为11.7khz，输出电压为340mv，衰减大于3dB。所以，此实验板在截止频率9khz和11khz处衰减较快。

6.实验结论

制作的实验板基本达到预期效果，达到设计指标。