有源滤波器设计计划书

- 1 - 有源滤波器设计计划书 第一章 语音滤波器设计 设计目的 1. 学习有源滤波器电路的设计方法。 2. 掌握二阶 源滤波器性能参数的测试技术。 技术指标 截止频率 000 00 400 倍频。 设计要求 1. 设计一个满足要求的二阶有源滤波电路。 2. 要求绘画出原理图，并用 3. 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数。 4. 再万能版或面包板或 5. 测量低滤波器性能参数，截止频率， 带内增益 6. 用 打印出幅频特性和相频特性曲线。 7. 拟定测试方案和设计步骤。 8. 写出设计性报告。 - 2 - 第二章 滤波器的传输函数与性能参数 源滤波器幅频特性 由 功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此范围以外得信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波 器，它们的幅频特性如图 2有理想的幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的。常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦响应切比雪夫等波动响应。在不允许带内有纹波的应用中，采用巴特沃斯响应的滤波器较好。如果给定阶数 用切比雪夫响应的滤波器较好，因其阻带衰减速率比巴特沃斯响应的要大的多，但切比雪夫滤波器的相频特性比巴特沃斯的要差，如图 2般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数 频特性衰减的速率越快，但 络的节数 越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。因为任何高阶的滤波器均可以用较低阶的滤波器级联实现。 - 3 - 图 2 滤波器的幅频特性 (a) 低通 （ b） 高通 （ c） 带通 （ d） 带阻 图 2 巴特沃斯相应与切比雪夫相应比较 (a)巴特沃斯幅频特性（ b）巴特沃斯相频特性（ c）切比雪夫幅频特性 ( d )切比雪夫相频 特性 二阶 波器的传输函数 表 2 二阶 波器的传输函数 实现表 2电压源（ 路和无限增益多路反馈（ 路，图 2示电路为压控电压源电路。其中运算放大器为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。故称这种电路为电压控制电压源电路。其优点是电路性能稳定，增益容易调节。图 - 4 - 2中运算放大器为反相输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反相输入端可视为虚地，输出通过 称这种电路为无限增益多路反馈电路。其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节不太方便，对其它性能参数会有 影响，其应用范围比 图 2 压控电压源（ 路 图 2 无限增益多路反馈（ 路 - 5 - 第三章 滤波器的设计方法 滤波器性能参数的表达式 图 2传输函数的表达式为 （ 3 与表 2得滤波器性能参数的表达式为 （ 3 （ 3 （ 3 在设计滤波器时，通常给定的性能指标有截止频率 c,带内作用 及滤波器的品质因数 Q。对于二阶低通（或高通）滤波器，通常取 Q=图（ 3示。在设计中，如果仅由 C、 这三个数求出电路中的所有 R、 C 元件的值，是相当困难的。通常是先设定一个或几个元件的值，再由式（ 3(34)建立方程组，求其 图 3频特性与 Q 的关系 他元件值 。设定的元件参数越少，方程求解越难，但电路调整较方便，现在已经用计算机完成了方程组的求解，并将具有巴特沃斯响应、切比雪夫响应的n=2,3, ,8阶各种类型的有源滤波器的电路及所用的 计人员只需要查表九能得到滤波器的电路及 件的值，称这种查表法为有源滤波器的快速设计方法 。 - 6 - 第四章 设计原理与步骤 电路采用一级二阶低通与一级二阶高通滤波电路级联接。 电路根据二阶滤波器设计表设计，采用压控电压源电路。 单元电路设计 二阶低通滤波器设计 其电路原理图如下 : 表 二 阶 低 通 滤 波 器 ( 巴 特 沃 斯 响 应 ) 设 计 表 - 7 - 压控电压源 (路 无限增益多路反馈 (路 f=2 C=应的参数 K=100/ v=2 时电容 =K=1 时，电阻 2=3=4= =5,得： 取标称值 2= 取标称值 11K+3= 取标称值 33K+高通滤波器的设计 其原理图如下 - 8 - 电路元件值 设 计 表 2 4 6 8 10 2 3 开路 4 0 1 2C 2C 2C 2C - 9 - *:电阻为参数 K=1时的值，单位为 K。 f=200 C=应的参数 K=100/ v=2 时电容 =K=1 时，电阻 2=3=4= =5,得： 取标称 值 10K 取标称值 4= 取标称值 音滤波器的工作原理图如下： - 10 - 第五章 测试验证 测试上限频率 由上图可知，当上限频率为 4放大增益小于 4，所以不符合设计要求。 - 11 - 测试下限频率 同理可得，当下限频率为 10000放大增益也小于 4，也不符合设计要求。 - 12 - - 13 - 根据测 量的截止频率、幅频特性 、 衰减速率列下表 截止频率 fL 量值 210论值 200频特性 输入信号 20040量值 论值 减速率 低频 高频 测量值 0倍频 0倍频 理论值 0倍频 0倍频 由上图和表可知，该电路的截止频率在 200 2本 符合设计要求。 - 14 - 附 录 一、 真 二、 制板图 在 - 15 - - 16 - 印制板图如下： - 17 - 心 得 体 会 通过这个实验，对设计 有源 滤波器的整个过程有了很好的掌握 ， 通过对 有 源 滤波器的设计，熟悉了滤波器设计的一般原理，对滤波器有了一个感性的认识；学会了 有源 滤波器设计的一般 步骤 己从啥都不知道到后来把模板做出来。现在想想还真是那样，事情是做出来的，总是一味的想或等待是永远得不到结果。有些事情刚开始你不想去做也害怕去做，但是一旦有了压力让你不得不去做的时候，你会发现其实也不是很难只要你有心去做在做。 总之，使理论联系了实际，巩固并深化了对课本基本知识的认识和理解，使理论得以升华。 - 18 - 使 用 器 材 元件清单： 电阻 1个 1个 1个 1个 2个 2个 电容 2个 2个 芯片 741芯片