二阶高通滤波器的设计

电子电路课程设计二阶高通滤波器的设计二阶高通滤波器的设计一内容摘要二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片UA741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,用无限增益多路反馈设计高通滤波电路。图11无限增益多路反馈设计高通滤波电路其中,通带增益SCL31CAUO截止频率2312RF品质因数CQ，31CAUO2312RFC二、设计任务与要求1分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2截止频率FC200HZ；3增益AV2；4用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。三、单元电路设计与参数计算无限增益多路反馈设计高通滤波电路，31CAUO2312CRFC设C1022UF，则C2047UF又F200HZ得出R13K,R2200K四、总原理图及元器件清单1总原理图图41总电路图2元件清单直流源表1元件序号（名称）型号主要参数数量备注变压器输入220V、输出15V，P20W1个带插头D1D4（二极管）1N4007各1个保险管IP05A1个续表1电解电容C1、23300UF/25V2个电解电容C5、6220UF2个瓷介电容C3、4、7、80、22UF4个集成块UA7411个集成稳压器W7812、W7912输出电压12V，输出电流15A各1个发光二极管2个瓷介电容C9、100、1UF2个电阻R120K欧姆2个电阻R21K欧姆2个可调电位器RW20K2个表2元件序号主要参数数量备注（单价）R20K101R3K101UA74111C022UF203C047UF103五、安装与调试1焊接工具电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。2调试工具万用表、示波器，信号发生器，数字毫伏表用小螺丝刀调节电位器R3的电阻为15K欧姆，R4的电阻为15K欧姆，接入220伏特的交流电压，信号发生器的输出信号为F1KHZ,UI5003MV的信号，在输出端测得输出电压UO201、6MV，减小频率使得F100HZ，则输出端UO161、2MV，与实际相差太大，则用螺丝刀微调节电位器，此时使得UO141、2MV，在高频时输出电压为输入电压的两倍，用示波器监测输出波形没有失真，故电路正确，调试完毕，可以进行性能测试。二阶高通滤波器在频率响应特性与低通滤波器相似，当Q0707或Q0707时，通带边沿处会出现不平坦现象。有关根据品质因数Q计算电路电阻参数R1和R2的方法与二阶低通滤波器的计算相同。为了改进一阶高通滤波器的频率特性，可采用二阶高通滤波器。一个二阶高通滤波器包含两个RC支路，即将二阶高通滤波器的R与对换位置，即可构成二阶高通滤波器。如图51所示为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，其阻带衰减特性的斜率为40DB10OCT，克服了一阶高通滤波器阻带衰减太慢的缺点图51二阶高通滤波器的幅频特性曲线与二阶低通滤波器类似，二阶高通滤波器的各个参数也影响其滤波特性，如阻尼系数F的大小决定了幅频特性有无峰值，或谐振峰的高低。若要求高通滤波器的阻带特性下降速率大于40DB10OCT，必须采用高阶高通滤波器，同高阶低通滤波器一样，也是最常采用巴特沃思型和切比雪夫型近似，同样也是先查表，得到分母多项式，图51阶高通滤波器幅频特性。二阶高通滤波器的参数设计，由增益AV2，AV1RF/R1,所以选R315K欧姆的电阻，FC200HZ,FC1/2RC，则选用C001UF的电容，R4为15K欧姆的电阻，R2为4K欧姆的电阻，由于没有该种类的电阻，则用两个2K欧姆的电阻替代，集成块用KIA741。二阶高通滤波器电路的电路仿真。图52二阶高通滤波器电路的电路仿真图53仿真结果六、性能测试与分析1无限增益多路反馈二阶高通滤波器数据表3频率F/HZ1000487627548626646169输出电压UO/MV847846843837820频率F/HZ27834211852068819981616输出电压UO/MV7657117067036392数据处理与误差计算在频率为高频时，U（100031000410005）/310004MV输入电压UI500MV，则AVU/UI10004/5002、01相对误差S（2、012）/21000、5当FP200HZ时，UO理论U0、70710000、707707MV实验测得UO703MV则相对误差为S（703707）/70310063误差分析1、实验用的元器件易受温度的影响，实验时间过长，即会产生误差。2、在参数设计时也会引入误差。3、在计算过程中会引入计算误差。4、信号发生器的输出信号不够稳定，使得输出信号也发生波动，读数时受到影响，无法精确读出数据。5调试时可调电位器不可能调到绝对理想的位置，导致结果存在偏差。6实验用的元器件易受温度的影响，实验时间过长，即会产生误差。7测试时电表内阻串入回路造成的误差。8仪器的精度不够，无法精确的测出结果。七、结论与心得1由实验可知，当频率F为通带截止频率FP时，输出电压UO约为最大输出电压的0、707倍，即AU0707AUP。2由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于FP的信号，我们可把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。3实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在FFO时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。4所谓的高通或者是低通电路只是相对的，由于受到器件和其他一些实际因素的影响，不可能做到完全的高通或是低通，而是在一个比较大的频率范围表现出来的幅频特性而已。所以以后做课程设计时要多进实验室，才能发现一些客观因素造成的误差或是错误，才能尽早的解决问题。5在本次实验课程设计中，我最大的收获就是其实在现实的环境中跟自己想象的环境是有一定差别的，在理想状态下计算的参数在实际的测试过程中可能会有很大的误差，甚至有可能根本就做不到结果。八、参考文献1童诗白