KHN滤波器分析与设计

《现代电路理论与设计》课程实验报告

1、KHN滤波器电路组成

图8.1原理图

2.KHN滤波器转移函数及设计方程

图8.1所示电路的方程为

从V1处输出时是一个高通滤波器，从V2处输出时是一个带通滤波器，从V3处输出时是一个低通滤波器，其转移函数分别为

它们的极点频率w0和Q值都相同，分别为

各滤波电路的增益分别为

二、实验目的

（1）定性分析KHN滤波器的参数变化对滤波的影响；

（2）帮助学生理解滤波器的分析设计过程。

三、实验过程

1、理论计算

为了方便分析计算

①取C1=C2=C=10nF，R1=R2=R3=R4=R5=R6=R=100k。

②由计算公式求得，wp=1000rad/s，Q=1，

2、仿真步骤

（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图8.2所示：

图8.2仿真电路图

（2）设置仿真参数，如下图8.3所示：

图8.3仿真参数设置

运行仿真，得到如下图8.4所示：

图8.4 V1，V2和V3输出波形图

（3）改变C1值。采用参数扫描方式，让C1的值从6n到14n，每2n取一次值。

设置参数扫描后的波形如图8.5所示，

图8.5改变参数C1的波形变化

（4）改变C2值。采用参数扫描方式，让C2的值从6n到14n，每2n取一次值。设置参数扫描后的波形如图8.6所示

图8.6改变参数C2的波形变化

（5）改变R1值。采用参数扫描方式，让R1的值60k到140k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如图8.7所示

图8.7改变参数R1的波形变化

（6）改变R2值。采用参数扫描方式，让R2的值从60k到140k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如图8.8所示

图8.8改变参数R2的波形变化

（7）改变R3值。采用参数扫描方式，让R3的值从60k到140k，每20k取一次值设置参数扫描后的波形如下图8.9所示

图8.9改变参数R3的波形变化

（8）改变R4值。采用参数扫描方式，让R4的值从60k到140k，每20k取一次值设置参数扫描后的波形如下图8.10所示

图8.10改变参数R4的波形变化

（9）改变R5值。采用参数扫描方式，让R5的值从60k到140k，每20k取一次值设置参数扫描后的波形如下图8.11所示

图8.11改变参数R5的波形变化

（10）改变R6值。采用参数扫描方式，让R6的值从60k到140k，每20k取一次值设置参数扫描后的波形如下图8.12所示

图8.12改变参数R6的波形变化

四、实验结果分析

由图8.4可看出，KHN滤波器可以实现高通滤波和带通滤波以及低通滤波三种滤波方式，我们可以根据需要，选择不同的输出端口，来实现不同的滤波功能。

由图8.5可看出，随着电容C1的值由小变大，高通功能端口的输出波形，Q值逐渐增大，过度带减小明显；带通功能端口的输出波形，中心频率逐渐减小，通带宽变窄，且高频段变化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大，Q值逐渐增大，波形的过渡带明显减小。

由图8.6可看出，随着电容C2的值由小变大，高通功能端口的输出波形，Q值逐渐减小，过度带随之增大；带通功能端口的输出波形，中心频率逐渐减小，通带宽变宽，且低频段变化更为明显；低通功能端口的输出波形，截止频率明显减小，Q值也逐渐减小，过渡带也随着增大。

由图8.7可看出，随着电阻R1的值由小变大，高通，带通，低通功能端口的输出波形，变化规律同改变C1相似。

由图8.8可看出，随着电阻R2的值由小变大，高通，带通，低通功能端口的输出波形，变化规律同改变C2相似。

由图8.9可看出，随着电阻R3的值由小变大，高通功能端口的输出波形，Q值逐渐减小，过度带减小，且输出增益也逐渐减小；带通功能端口的输出波形，中心频率基本不变，且输出增益明显下降；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大，Q值逐渐减小，波形的过渡带减小，且输出增益也是减小的。

由图8.10可看出，随着电阻R4的值由小变大，各功能端口的变化规律同改变R3是相反的。

由图8.11可看出，随着电阻R5的值由小变大，高通功能端口的输出波形，Q值减小不明显，过度带增大，且输出增益也逐渐减小；带通功能端口的输出波形，中心频率逐渐减小，而且通带宽基本不变；低通功能端口的输出波形，截止频率变化不是很大，Q值逐渐增大，波形的过渡带减小，且输出增益增大。

由图8.12可看出，随着电阻R6的值由小变大，各功能端口的变化规律同改变R5基本相反，除了带通通带大小也基本不变。

综合上述对波形的分析，我们可以将C1或R1和C2或R2分为一组，它们是改变Q值的，改变过度带大小，同时也可改变极点频率或中心频率；将R3或R4和R5或R6分为一组，它们是改变输出增益的。