二阶高通滤波器的设计说明

1、专业整理. 刖言 滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。滤波器已大量渗入现代技术中。很难想象一 个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。在现代通信和信号处 理方面，电话，电 报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一些例子而已。 滤波器是用来筛选信号的，它可以设定一定的门限值。比如高通滤波器，它的 作用就是把低于设定值的信号虑掉,只让比设定值频率高的信号才可以通过,低 通滤波器的原理与高通类似。用处非常大，它可以处理信号，虑去无用的干扰信号，使信号 满足自己的需要。目前，滤波器被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪器和设备中。滤波 器的应用频率范围极宽，有适用于低到零点几赫

2、的滤波器，也有高到微波波段的滤波器。根据 滤波频率的中心频率和其他要求的不同，滤波器中采用各种谐振元件，电感、电容是最常用的 谐振元件。随着电子技术的发展，许多电路和系统都要区分不同频率的信号，从而使滤波器的 设计理论日趋完善。滤波器的种类很多，分类方法也不同。1从功能上分；低、带、高、带 阻。2从实现方法上 分:FIR、IIR3.从设计方法上来分：Chebyshev （切比雪夫）, Butterworth （巴特沃斯）4从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器。 第一章设计内容及要求 1.1设计任务及要求 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fc=100Hz 3

3、. 增益 Av二 5; 1.1.1基本要求： (1) 在100HZ时的波形稳定，继续调节频率是幅值会适当的增大，当到达一定值时保持稳 定。 (2) 调小频率到0时其幅值一直减小到0 (3) 设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 1.1.2设计任务及目标： (1) 根据原理图分析各单元电路的功能； (2) 熟悉电路中所用到的各集成芯片 的管脚及其功能； (3) 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求； (4) 写出完整、详细的课程设计报告。 1.23主要参考器件： UA741电容电阻 第二章系统设计方案 根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于10OHz的信号可以通过，而

4、 频率低于10OHz的信号衰减。 即 Au(s)=Uo(s)/Ui(s)=1 心+sRC) 则可采用压控电压源二阶高通滤波电路，或无限增益多路反馈高通滤波电路。 2.1方案一 采用压控电压源二阶高通滤波电路，由直流电源供给( 12V) 电路如图1所示，其传输函数为: Au(s) 代。sAuoS 11 11 R2C1 R2C2Au。)RC s C1C2R1R2 学习帮手. 归一化的传输函数: Au (Sl ) Si Q sl 1 Q .专业整理. 1 学习帮手. 其中：SL c, Q为品质因数。 通带增益: FU R R2C1 1(1 R2C2 截止频率: 1 AUO； RC 2RC 品质因数:

5、 1 3 A up 22方案二 采用无限增益多路反馈高通滤波电路，由直流电源供给 (12V) o 电路如图2所示，该电路的传输函数为: Au(s) R2 C2C3 u 2 s C2 C3 AuoS2 归一化的传输函数 Au(sl) 其中：SL J C2 2c C2C3RIR2 % 2 1 SL SL Q 通带增益：A C C3 专业整理. 截止频率: 品质因数: fcI 2 JR1R2C3C2 R1 Q (C1 C2 C3). VC2C3R2 学习帮手. R3Rl R4 R3 图2-1压控电压源二阶高通滤波器 图2-2无限增益多路负反馈二阶 咼通滤波器 3.1参数计算 第三章参数设计、原理图

6、1 压控二阶高通滤波器的设计f 102 RC 由增益 Av=5, Av=1+Rf/R1,所以选 R1= 10K, Rf=40K 欧姆的电阻,fp=100Hz, ,则选用C=0.2uf的瓷介电容，R3为5.6K欧姆的电阻，R4为20K欧姆的电阻，集 成块用UA741 o 2压控二阶高通滤波器的设计 由增益Av=5, AuoC1,所以选3=51 nF, C3=10nF的瓷介电容，由 C3 fc 2 /R1R2C3C2 ,贝 UC2=200nF R3=10K,R1=10K,R2=140K 欧姆的电阻，集成块用 UA741 o 3.2总原理图 图3-1压控电源阶咼通滤波器 第四章焊接、安装、及调试 4

7、.1电路板的焊接和安装 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。 4.2调试 工具：万用表、示波器，信号发生器 按电路原理图连接好直流电源（12V）、函数信号发生器、示波器。调节函数信号发生 器使输出信号的幅值为100mv的正弦波（即有效值为70.7mv）,打开直流电源，调节好示波器 后，用万用表测输出电压的有效值，再调节函数信号发生器的频率。从10OHZ起调大频率再调小 到0,看

8、是否符合要求。 第五章性能测试及实验结果分析 5.1性能测试与分析 5.1.1输出电压的测量 输入信号Ui=100 mv （有效值为70.7mv），测量有效值为72mv。改变频率测 输出电压，并且在通频带时的频率要取得密集一些 丰 rr炽古:s彳出砧蚣+f? r m 表一压控高通滤波器的数据记录 频率f/Hz 20 60 80 输出电压 Uo/mv 14 130 214 频率f/Hz 200 500 800 输出电压 Uo/mv 351 360 362 90 95 100 110 227 238 253 287 1K 20K 50K 100K 364 363 362 362 表二无限增益高通滤

9、波器的数据记录 频率f/Hz 20 60 80 输出电压 Uo/mv 20 126 230 频率f/Hz 200 500 800 输出电压 Uo/mv 356 368 375 90 95 100 110 234 246 272 296 1K 20K 50K 100K 373 375 375 373 IAI 女口 如f a fp 图5-1压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性 5.2数据处理与误差计算 5.2.1压控的数据分析 在频率为高频时，U= (364+363+362+363 ) /4=363 mv 输入电压 Ui=72mv,贝 U Av=U/Ui=363/72=5.04 相对误差:s=

10、(5.04-5 ) /5*100%=0.8% 当 fp=100Hz 时，Uo 理论=360*0.707=254.5 实验测得Uo=253mv 则相对误差为 S= (253-254.5 ) /254.5*100%=-0.6% 522增益的数据分析 在频率为高频时，U= (373+375+375+373 ) /4=374 mv 输入电压 Ui=72mv,贝 U Av=U/Ui=374/72=5.2 相对误差：s= (5.2-5) /5*100%=4.0% 当 fp=100Hz 时，Uo 理论=360*0.707=254.5 实验测得Uo=272mv 则相对误差为 S= (272-254.5 ) 7

11、254.5*100%=6.0% 5.3误差分析 产生该实验误差的主要原因有: 1、输入信号不稳定会导致实验误差。 2、实际所使用的电阻、电容与理论值的误差。 3、函数发生器的输出误差，示波器的量化误差 4、在参数设计时也会引入误差。 5、在计算过程中会引入计算误差。 6、焊接引起的误差。 结论与心得 结论 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 | Au ro.707 | AuP |。 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

12、没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo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。 心得 我所做的实验相对于其他同学的实验来说，非常简单，电路也简单，焊接电路板时也比较 轻松，。虽然简单，感觉自己还有很多东西要去学习，自己课本知识不是学得很好，实验缺乏 理论知识，所以，以后要加强理论知识的学习，并且电路焊接技术也有待加强。总之，实验已 经做完了，总体还是满意的。 参考文献 1 童诗白、华成英模拟电子技术基础高等教育出版社.2009 2 .康华光模拟电子技术基础北京：高等教育出版社.2001年. 3 谢自美.电子线路设计实验测试,华中科技大学出版社,2005年. 4 华成英模拟电子技术基础M,北京高等教育出版社,2001 5 肖景和.电子线路设计实验测试（第三版）M.武汉：华中科技大学出 出版社，2006 沈精虎，电路设计与制板M,北京人民邮电出版社,2007 附录一芯片管脚图 片* *冃*WT 卜1 | AMI内部曲理电路 jA741S片內韶结构图划 1 -Offset null 1 2 -I nverti ng inp