完整的有源滤波器设计

1、一.项目意义与目的 意义：本项目通过一种比较综合的、能覆盖模拟电子技术这门课程的 大部分内容的三级项目，使我们能将整个课程的内容串联起来，实现一种 系统的功能，巩固整个课程的学习内容，为后来学习和设计提供良好的模 拟电子线路知识。本次有源滤波器设计重要注重的是电子电路的设计、仿 真，旨在培养学生对的的设计思想措施以及思路，理论联系实际的工作作 风，在加深对知识的理解基本上，进一步培养学生综合运用所学知识与生 产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。目的：掌握有源滤波器的分析和设计措施，学习有源滤波器的调试、幅频 特性的测量措施，通过仿真的措施来研究滤波电路，理解元件参数对滤波 效果的影响，尝

2、试着制作实物来验证理论以及仿真求得的成果并比较三者 之间的差距。二项目内容与规定内容：滤波器是一种可以使有用频率信号通过，而同步克制（或衰减）无用 频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号解决、数据传送或 克制干扰等。有源滤波器是由集成运放、R、C构成，其开环电压增益和输入 阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和 缓冲作用，但因受运算放大器频限制，这种滤波器重要用于低频范畴。规定：在模电课程对有源滤波器所学到的知识的基本上，设计出一阶低通 有源滤波电路，一阶高通滤波电路，二阶低通滤波电路，二阶高通滤波电 路，二阶带通滤波电路，二阶带阻滤波电路。研究和设计其

3、电路构造、传 递函数，并对有关参数进行计算，再运用multisim软件进行仿真，组装和调试多种有源滤波器，探究其幅频特性。通过仿真和调试，观测效果。由 滤波电路的曲线可以看出通带的电压放大倍数、通带上限截止频率，下限 截止频率，特性角频率等的实际值，与计算出的理论值相比较，分析误差。三.实验原理程序设计一阶低通滤波电路：一阶有源低通滤波电路是一种一级RC低通电路的输出端再加上一种电 压跟随器，使之与负载较好的隔离开来。由于电压跟随器的输入阻抗很高， 输出阻抗很低，因此，其带负载的能力得到了加强。若规定此电路不仅有 滤波功能，并且可以起到电压放大作用，则只需要将电路中的电压跟随器 改为同相比例放

4、大电路即可。（见下图1）传递函数:仕）1 A：，截止频率：儿1/2 RC频率低于F时-电压增益：I *叫频率高于*时增长斜率二阶低通滤波电路：二阶有源低通滤波电路由两个RC环节和同相比例放大电路构成（见下 图4），压控电压源二阶滤波器电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤 波器的输入阻抗很高，输出的阻抗很低，滤波器相称于一种电压源，其长 处是电路性能稳定，增益容易调节。二阶高通滤波器的通带增益：1占二阶高通滤波器的品质因素：Q= 1 7 . z其传递函数为5)1即；厂叫1 Q=1/(3-气/)下0为特性角频率，也就是-3dB截止角频率，Q为等效品质因数。一阶高通滤波电路：如果将RC低通电路中的

5、R和。的位置互换，就可得RC高通电路。在 0wwL范畴内为阻带，高于礼的频率为通带，但是受到有源器件和外接 元件以及杂散参数的影响，受带宽的限制，高通滤波电路的带宽也是有限 町如下图，该电路既有滤波功能，尚有放大作用。传递函数：二)截止频率：/“ 1/2 RC频率高于?4时-电压增益：I ，I *叫频率低于F时-增长斜率二阶高通滤波电路:二阶高通滤波器的通带增益：1 R心二阶高通滤波器的截止频率：二邸2 ?7 t 2其传递函数为*5)5”厂p旧；E R Q=1/(3-L)下0为特性角频率，也就是-3dB截止角频率，Q为等效品质因数。二阶有源带通滤波电路：低通和高通可以构成带通滤波电路，条件是低

6、通频率的截止角频率3H 不小于高通滤波电路的截止角频率3L，两者覆盖的通带就提供了一种通带 响应。带通滤波器(BPF)能通过规定范畴的频率，这个频率范畴就是电路的带 宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出目前中心频率的频率点上。带通滤 波器的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质因数。越高。电路的Q值 可公式求出Q=f0/BW .可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低。值滤波器有 较宽的带宽，势必输出电压较小。采用低通-高通串联实现带通滤波器：将带通滤波器的技术指标提成低 通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通 滤波器，再串联即得带通滤波器。二阶巴特沃思滤波器的Ae=1586，因此， 由二级串联的带通滤波电路的通带电压增益(Avf1)2=(1.586)2=2.515，由于通 带电压增益：Au=1，因此在低通滤波器输入部分加了一种由衣8和&9构成的 分压器。如图,R1和C1构成低通网络，R3和C2构成高通网络，两者串联就构成了带通滤波电路。由KCL列出方程，可导出带通滤波电路的传递函数为sCR定的工作。令A($)- 1 4- (3 - Aitf)sCR + (展时式中A讨为同相比例放大电路的电压增益，同样规定A讨3，电路才干稳则有上式是二阶带通滤波电路传递函数的典型体现式，其中w0=q：，既是特 性角频率，也是带通滤波电路的中心角频率。一