RC有源带通滤波器设计与仿真.doc

RC有源带通滤波器设计与仿真摘要：简要介绍Pspice10.5的特点以及其实现有源滤波器仿真的基本方法，实现了带通滤波器设计，用仿真软件Pspice对设计结果进行了仿真。关键词：有源模拟滤波器；Pspice;仿真；设计引言随着数字化进程的不断推进，数字滤波器越来越广泛的应用在各个领域之中。但是模拟滤波器凭借自身的优势仍然有很高的研究价值。所有数字系统的前端，一般需要一个对微弱信号预处理的部分；在抽样量化之前，还需要一个对信号最高频率进行限制的处理。这些都只能使用模拟滤波器。RC有源滤波器是模拟滤波器中最实用、应用范围最广泛的滤波器。其标准化电路的种类很少，仅使用及R、C元件，因此非常便于集成，这给推广应用带来革命性影响。因为不使用电感、特别是大型电感，也因为运放在性能的飞速提高的同时价格却一降再降，所以在成本方面有源滤波器已经变得比无源滤波器还有优势。本文基于这一点简单介绍了RC有源滤波器的结构，以基于实现带通波器设计为例，完成了其设计过程，并利用电子仿真软件Pspice进行了仿真。1、OrCAD/Pspice10.5简介对于仿真技术而言，目前最流行的是以美国伯克利分校开发的Spice为核心的仿真软件，而以Spice为核心开发的最好的仿真软件是OrCAD/Pspice10.5。它之所以流行就是因为他能很好地运行在PC平台上且能很好地进行模拟数字混合信号的仿真，而且能解决很多设计上的实际问题。OrCAD10.5在以前版本的基础上扩展了许多功能，包括供设计输入的OrCADCaptureR ，供类比与混合讯号模拟用的PspiceRA/DBasics，供电路板设计的 OrCADLayoutR以及供高密度电路板自动绕线的SPECCTRAR 4U。新加入的SPECCTRA，用以支援设计日益复杂的各种高速、高密度印刷电路板设计。OrCAD/PSpice 10.5软件的功能特点有：（1）对模拟电路不仅可进行直流、交流、瞬态等基本电路特性分析，而且可进行参数扫描分析和统计分析。（2）以OrCAD/Capture作为前端，除了以利用Capture 的电路图输入这一基本功能外，还可以实现OrCAD中设计项目统一管理。（3）将电路模拟结果和波形显示分析两个模块集成在一起。Probe只是其中的一个窗口，在屏幕上可同时显示波形和输出文本等内容,Probe 还具有电路性能分析功能。（4）使用PSpice 优化器能调整电路,在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。2、RC有源滤波器的设计根据线性系统理论，n阶滤波器的传递函数的一般形式为 （1）（1）式中，mn；一个复杂的传递函数可以分解成几个简单的传递函数的乘积。上式中，若n为偶数，可分解为n/2个二阶滤波器的级联；而若n为奇数，则可分解成一个一阶滤波器和(n-1)/2个二阶滤波器的级联。一阶、二阶滤波器是构成高阶滤波器的基本单元，二阶滤波器单元传递函数可以写为：，其中分子系数、决定了传递函数的零点位置，即决定滤波器类型(低通、高通、带通、带阻)，分母系数、决定滤波器的特性。3、仿真实例通过以上分析，我们以带通滤波器设计为例进行说明，并利用Pspice进行仿真。一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在带外衰减特性要求不高的场合下选用。带通滤波器的性能指标为高频10kHz，低频4kHz，可见其频带较宽。对带通滤波器的参数设置如下：设放大器的增益为K，K=3.5，R1=R2=R3=200K,C1=C2=0.01uF,输入电压为Vi(s),输出电压为V（s）。对如图1电路中的1、2节点列写KCL方程可得： 由此可知电路的转移函数为：带通滤波器截至角频率： 所以 又知可求得图1带通滤波器设计电路图4、Pspice仿真及结果分析 图2 AC Sweep扫描结果 在ORCAD_Pspice10.5/Pspice_student/capture运行环境下， 绘制电路图，设置各元件的参数。a. 为方便进行说明我们图中所示电路进行频域扫描，扫描方式为10倍频对数，起始频率为1Hz，终止频率为100kHz。b. 从图中曲线可以看出，扫描值fp=112.720与计算值112.579Hz基本吻合，所以可知此带通滤波器性能良好。c. 从图中的曲线上可求出带通滤波器的带宽bw=159.968,由此可求出Q=/bw=707/159.9684.4196与计算值基本吻合，所以可知此带通滤波器性能良好。5. 和Q的灵敏度：;5、结束语本文提出了RC有源滤波器设计方法，完成了带通滤波器的设计与仿真，达到了预期效果。RC有源滤波器构造简单，成本低廉，在工业上用途很大，其研究价值还很高，随着运放精度不断的提高，其性能也会越来越好。OrCAD/Pspice10.5仿真软件为电子仿真技术提供了很广阔的技术平台，其版本正在不断