带通滤波器设计最新123.doc

目录1 技术指标 12 设计方案及其比较 12.1方案一 12.2 方案二 42.3方案比较 73 实现方案 83.1实现方案所用到的元器件 83.2实现方案的原理图 83.3实现方案的原理分析 93.4实现方案的实物图 104 调试过程及结论 104.1调试过程 104.2调试及结论 115 心得体会 126 参照文献 13 带通滤波器设计1 技术指标设计一种带通滤波器规定其技术指标要满足一下原则：上限截止频率：f=30kHz,下限截止频率：f=5KHz通频带带宽：Bw=25KHz,阻带衰减速率为：-40dB/10倍频电压增益：4

　　高通滤波器：它容许信号中的高频分量通过，克制低频或直流分量　　带通滤波器：它容许一定频段的信号通过，克制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声带阻滤波器：它克制一定频段内的信号，容许该频段以外的信号通过两类响应巴特沃斯响应（最平坦响应）　　巴特沃斯响应可以最大化滤波器的通带平坦度该响应非常平坦，非常接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最后逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数巴特沃斯滤波器特别合用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要切贝雪夫响应　　在某些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度如果你可以接受通带具有某些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更迅速的衰减2.1.2带通滤波的原理 带通滤波器是由高通RC环节和低通RC环节构成要将高通的下限截止频率ω2设立不不小于低通的上限截止频率ω1设计如图：高通滤波器低通滤波器Vi Vo A 阻带 通带 阻带 O ω图1 有源带通滤波器 在有源滤波器中，除集成运算放大器外，常涉及复杂的无源网络，它是ＲＣ元件的组合，在分析时运用“拉普拉斯”变换将电流电压变成“像函数”同步引入运算阻抗替代无源元件ＲＣ，求解有源滤波器的传递函数。

将信号从时域转变到频域，输入输出信号都可分解成若干频率信号传递函数：　　 　 （2-1-1）它有幅频特性,相频特性对于有源滤波器运用运放实现放大作用，因此RC环节实现滤波功能其中有n个RC滤波环节就为n阶滤波，越多越好！运放使滤波器与负载隔离，增强了带负载的能力2.1.3方案一的电路设计设计如图：图2 带通滤波方案一电路图图3 方案一的幅频特性曲线由此计算其高频和低频指标对于节点1、2分别列写KCL方程：--=0 （2-1-2）-=0 （2-1-3）若其电压增益为A，则 （2-1-4）则由上式联立得电路转移函数： （2-1-5）因此截止角频率： （2-1-6） （2-1-7） （2-1-8） （2-1-9） 2.2 方案二2.2.1方案二的电路设计设计如图：图4 带通滤波方案二电路图图5 方案二的幅频特性曲线2.2.2上电路设计中低通滤波的有关计算常用的有源二阶低通滤波器电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈有源二阶低通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路。

在此重要简介上电路设计中用到的压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路具体的电路如图：图6 压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路图7 上图低通滤波器的幅频响应以上电路的信号从运放的同相输入端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，运放和 R5、R8构成电压控制电压源，因此称为压控电压源LPF并且电容C3本来是接地的，改为接到输出端，形成集成运算放大器的正反馈对于这个反馈，左边的电容C3使相位超前，右边的C4仍使相位滞后只要参数选的合适，可使整个电路在f0附近既带有正反馈而又不导致自激振荡这样，就可使滤波器f= f0附近的电压增益提高，使f= f0附近的对数幅频特性接近抱负的水平线低通滤波器的归一化传递函数为：，其巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母为，与其比较得，该低通电路的传递函数为： （2-2-1） 与附表中低通滤波器传播函数的通用体现式相比较，可得滤波器性能参数的体现式如此下： 低通滤波器的截止角频率， （2-2-2） （2-2-3） （2-2-4） Q称为滤波器的品质因数，由上式可知，当按比例调节电阻和电容时，可以变化的值，但对Q和的值没有影响，为了使幅频特性不浮现凸峰，Q一般取0.7。

图6电路的复数频率特性为： - （2-2-5）对数幅频特性为： （2-2-6） 2.2.3上电路设计中高通滤波的有关计算高通滤波器是一种用来传播高频信号，克制或衰减低频信号的电路滤波器的阶数越高，幅频特性越接近抱负高通特性常用的有源二阶高通滤波器电路有两种形式，一种是无限增益多路负反馈有源二阶高通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器电路而重要简介上述方案中用到的压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器电路具体设计如下图：图8 压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器电路图9 上图低通滤波器的幅频响应该电路的传递函数： （2-2-7） 其中： （2-2-8） = （2-2-9） = （2-2-10）图8电路的复数频率特性为： （2-2-11）对数幅频特性为： （2-2-12）其中Q= 2.3方案比较方案一和方案二的比较：j方案一和方案二的不同体目前滤波的阶数上，方案一是二阶滤波，方案二是四阶滤波，其相应的幅频响应的斜率分别为-20dB每十倍频，-40dB每十倍频。

斜率的绝对值越大越能接近滤波器的抱负状态，越精确k另一方面她们的不同还体目前滤波器电路中所用的运放上，方案一用了一种运放，而方案二中运用了两个运放两个运放相对于一种使输出的阻抗变得更低，使RC滤波器与负载隔离，有更好的带负载能力，使滤波器的参数将更不易受负载影响并且此处的运放为同相比例放大电路，对电路有放大作用，方案二提高了放大倍数l该电路都采用了压控型滤波器正反馈的加入使滤波器在f0附近的电压增益提高，使f0附近的对数幅频特性接近抱负的水平线方案二现对于一能更好地实现该优势3 实现方案通过两种方案的比较可以看出方案二更有优势，更能使带通滤波的特性呈现出来，因此最后选择了方案二，作为实现方案3.1实现方案所用到的元器件表1 实现方案所用的元器件序号名称型号规格数量备注1面包板12电阻8.2kΩ43电阻47 kΩ24电阻27kΩ25运算放大器UA74126电容68127电容68223.2实现方案的原理图其原理图如下：图10 带通滤波的仿真图其幅频特性曲线：图11 带通滤波电路的幅频特性曲线3.3实现方案的原理分析该方案由压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路和压控电压源（VCVS）有源二阶高通滤波器电路构成。

低通滤波器提供上限截止频率，高通滤波器提供下限截止频率，两者结合浮现通频带上图中，左边是高通滤波器，右边是低通滤波器图中R4与R5 、R7 与R8实现对输入信号的放大，和两个运放构成同相比例放大电路R1与C1、R2与C2构成高通滤波器，R2引入正反馈，使相位超前，R1使相位落后，只要参数合适，可以使fo附近既有正反馈又不导致自激振荡这样就使fo附近的电压增益提高，又使其附近的对数幅频特性接近抱负水平线同样的R5与C4、R6与C3构成低通滤波器，C4引入正反馈，作用同R2由得：f上= 28.9kHz由得：f下= 2.89kHz通频。