高阶有源带通滤波器

《模拟电子技术》课程设计说明书高阶有源带通滤波器

学院：电气与信息工程学院

学生姓名：

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：

学号：

完成时间：2015年6月26日

摘要

滤波器在现实生活中非常重要，运用广泛，在电子工程、通讯工程、自动化控制等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成运放可以很方便地构成各种滤波器。用集成运放实现的滤波器与其他滤波器相比有许多独特的优点。因为不需要使用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大的缺点。由于运算放大器的增益和输入电阻高，输出电阻低，所以能够提供一定的信号增益和缓冲作用，从而提高了滤波电路的稳定性和实用性。

论文根据对滤波器的原理设计了一个通带为400Hz、中心频率为1000Hz、增益为2-3的高阶有源带通滤波器。在确定设计方案后，首先计算出该方案所需要的电阻、电容、运算放大器参数，并且通过Multisim软件仿真对设计方案进行可行性分析。然后进行电路板的制作，焊接。最后对实物进行了调试，将实际设计的滤波器与仿真结果；测试结果进行比较，分析误差产生的原因。电路仿真和调试结果表明，设计的高阶有源带通滤波器实现了对通带范围内的信号进行放大，对通带范围外的信号进行衰减，达到了带通滤波效果。

关键词：有源；高阶带通滤波器；运算放大器；Multisim仿真

目录

1概述 (1)

1.1滤波器的简介以及功能 (1)

1.2模拟滤波器的传递函数与频率特征 (2)

1.2.1模拟滤波器的传递函数 (2)

1.2.2模拟滤波器的频率特征 (3)

1.3滤波器的主要特性指标 (3)

1.3.1特征频率 (3)

1.3.2增益与损耗 (4)

1.3.3阻尼系数与品质因数 (4)

2方案设计 (5)

2.1滤波器设计方案确定 (5)

2.1.1滤波器总体设计思路 (5)

2.1.2二阶低通滤波器 (6)

2.1.3二阶高通滤波器 (6)

2.2直流稳压电源的设计 (7)

2.2.1直流稳压电源设计原理 (7)

2.2.2设计电路的确定 (8)

3电路元器件计算及选取 (10)

3.1芯片的选取 (10)

3.2低通滤波器部分 (10)

3.3 高通滤波器部分 (11)

3.4直流稳压电源参数选取 (12)

3.4.1稳压器的选取 (12)

3.4.2整流滤波电路的参数选取 (13)

4仿真测试与性能分析 (15)

4.1仿真原理图 (15)

4.2幅频特性分析 (15)

4.3仿真误差分析 (16)

5 电路板制作与调试 (19)

5.1PCB板的制作 (19)

5.2焊接 (19)

5.3调试 (19)

5.4结果分析 (21)

结束语 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

附录 (25)

附录A 元器件清单 (25)

附录B 电路原理图 (27)

附录C PCB电路图 (28)

附录D 实物图 (28)

1概述

1.1滤波器的简介以及功能

滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信 号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个信号输入端，一个信号输出端，利用这个特征可以将通过滤波器的方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网络，可使混合的交直流电流分开。对于低通滤波器，将低于某一频率()c c c ωωω<的所有信号予以传送，而无任何失真，将频率高于这一频率()c c c ωωω>的信号完全衰减，这一频率c ω称为截止频率，高通滤波器则相反；带通滤波器要求带通系统的幅频特性在带通内为常数，相频特性为通过载频o ω点的直线。理论上，在通带内电压增益为常数，阻带内的电压增益为零；实际上，通带和阻带间存在一定频率范围的过渡带。滤波器在近代电信设备和各类控制系统中应用极为广泛。那么滤波器有时如何工作的呢？

这就涉及到滤波器的工作原理了。一个理想的带通滤波器应该有一个平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，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。

实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但没有完全被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB 数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。带通滤波器是由高通RC 环节组成。带通滤波器只允许在某一个通带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低或者比上线频率干的信号均加以衰减或抑制。值得注意的是要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上线截止频率。典型的带通滤波器可以有RC 低通滤波器和RC 高通滤波器串联而成，从而实现了带通滤波的要求。

滤波器的种类很多，具体可以按照以下几种方式来分类：

按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器；

按所通过的信号的频段：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器； 按所采用的元器件：LC 无源滤波器、RC 无源滤波器、由特殊元件构成的无源滤波器、RC 有源滤波器其中RC 电路中又包括有压控电压源电路和无限增益多路反馈电路；