二阶有源高通滤波器

目录

一、设计任务与要求

1.1、设计任务

1.2、设计及要求

二、设计方案与比较

2.1、设计方案

2.2、设计方案比较

三、电路原理与分析

3.1、设计原理

3.2、设计分析

四、制作与调试

4.1、课题制作

4.2、调试

4.3、调试结果

4.4、实验数据表:

五、参数计算及器件选择

5.1、参数计算

5.2、器件选择

六、器件清单及所用设备

七、实验总结

八、参考文献

一、设计任务与要求

1.1、设计任务

设计一个下限截止频率f L=100Hz的二阶有源高通滤波器。

1.2、设计要求

初步掌握一般电子电路设计的方法，得到一些工程设计的初步训练，并为以后的专业课学习奠定良好的基础。利用教材中有源滤波器的理论知识，并查阅必要的资料设计一个二阶有源高通滤波器。此外，通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融会贯通，在认识上产生一个飞跃。

二、设计方案与比较

2.1、设计方案

图（a）是一个二阶高通滤波器。图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波器电路，为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路，组成二阶有源RC高通滤波器。

高通滤波电路的传递函数为:

2.2、设计方案比较

1、压控电压源二阶高通滤波器

图（b）所示，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零食，反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up（s）趋于零。所以，只要正反馈引入的当，就既可能在f=f0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。

电路如图（b）所示，其传输函数为：

图（b）压控电压源二阶高通滤波器图（c）无限增益多路负反馈二阶高通滤波器

2、无限增益多路负反馈二阶高通滤波器

电路图如图（c）所示，该电路的传输函数为：

根据指导老师所提供的元件及滤波效果的不同可选用压控电压源二阶高通滤波器。

三、电路原理及分析

3.1、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。下图是二阶高通滤波器的理想物理模型：

图（d）

3.2、设计分析

二阶有源高通滤波电路如图（d）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。

二阶有源高通滤波器

由此可画出其幅频响应曲线，如图（e）

图（e）

由图可见，二阶高通滤波电路与低通滤波电路的幅频特性具有对偶（镜像）关系。

四：制作与调试

4.1、课题制作

二阶高通滤波电路电路图如下：

二阶有源高通滤波器电路图

其中在放大器处加入+5V，-5V的直流稳压电源，

R=R=1.66千欧R f =1.99千欧，R1=1.48千欧

C=C1=C2=1uF A0=1+R f /R1=2.45

4.2、调试

电路连接好后，我们需要函数发生器、示波器、万用表各一个，一个能产生+5V，-5V的直流稳压并联接地电源，及两个交流毫伏表，我们需要函数发生器产生0——22KHz，幅值为1V的信号。输出Ui接函数发生器，输出U0接示波器，直流稳压电源的+5V接OP07的7引脚，-5V接4引脚，交流毫伏表1接输出信号U0，交流毫伏表2接输入信号Ui（因为当改变输入信号频率时，由于函数发生器和滤波器组成的电路的阻抗和容抗等会发生变化，输出Ui的幅值也会相应的发生微小的变化，通过调节函数发生器的幅值，确保Ui的大小保持不变）。

注意：在打开电源之前，应现用万用表检测引线及各个电阻，确保没有短路和断路，且不能带电操作。

4.3、调试结果

当输入信号f<50Hz,幅值为1V的正弦波时，示波器输出图形如图，交流毫伏表显示为0

当输入信号从50Hz到105Hz变化时，示波器上的波形经历了如下图所示的变化

当输入信号f越接近110Hz，示波器输出波形越清晰，且峰-峰值越趋于稳定，交流毫伏表上显示为 2.55V（基本不变），即A0趋于最大值 2.55。当输入信号f>110Hz时，示波器输出的信号峰-峰值基本不变，交流毫伏表上的读数（输出信号）也不变，仍为2.5V左右。

4.4、实验数据表:

理论上，该Bw等于无穷大，但实际上由于受有源器件和外接元件以及杂散参数的影响，带宽受限制，高通滤波器带宽也是有限的。有实验数据表我们也可

以看出来。当f=8KHz时，信号开始衰减。

五、参数计算及器件选择

5.1、参数计算

电容器C的容量应在微法数量级上，电阻的阻值应在几百千欧以内。

现选择电容大小C1=C2=1uF，则根据公式可得：

R=R=1/（2*∏*f L*C）=1/(2*3.14*100*0.000001)=1.60千欧，选择电阻1.66千欧(因为测出C1、C2并不是1uF，而是0.978uF和0.969uF)这与计算值有一点误差，所以，可能导致截止频率比100Hz稍有偏差。

所以选择：R=R=1.66千欧，C1=C2=1uF，R f =1.99千欧，R1=1.48千欧，

则：A0=1+R f /R1=2.45

（符合Aup<3,能稳定工作）

5.2、器件选择

器件：

1、OPO7CP芯片一块

2、面包板SYB-120 一块

3、导线若干

4、函数发生器一台

5、示波器一台

6、直流稳压电源一台

7、交流毫伏表两台

8、电阻若干

9、电容两个

说明：为了减少运放对滤波电路的负载影响，同时便于调整，选用OP07CP，OP07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和零点漂移，OP07的优良性能使它特别适合做前级放大器，放大微弱信号。使用OP07一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。

关于OP07芯片：在本次课程设计中，我们采用OP07芯片，OP07芯片是整个课题中的中枢神经，下面是OP07芯片的一些参数体外部特性。

主要参数：