二阶滤波器的设计.docx

专业课程设计报告题目：二阶滤波器的设计系 别 专业班级 学生姓名 指导教师 提交日期 一、 设计目的 3二、 设计要求和设计指标 3三、 设计内容 33.1各部分设计程序及原理图 33.1电路设计原理 33.2滤波器的参数 53.3组合电路原理图 63.4电路仿真 6四、 总结 8五、 主要参考文献 9二阶滤波器的设计一、 设计目的1. 了解滤波器的工作特点2. 掌握电子系统的一般设计方法3. 掌握常用元器件的识别和测试4. 培养综合应用所学知识来指导实践的能力5•熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法二、 设计要求和设计指标1. 用无限增益多路反馈二种方法设计电路；2. 截止频率fc=100Hz3. 增益 AV = 5；三、 设计内容3.1. 1.电路设计原理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用无限增益多 路反馈方法设计二阶高通滤波器电路都是基于芯片LM324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 5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, 3.1.2.巴特沃斯响应(1)巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种巴特沃斯滤波器的特点是 通频带的频率响应曲线最平滑这种滤波器最先由英国工程师斯替芬•巴特 沃斯(Stephen Butterworth )在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一 篇论文中提出的巴特沃斯滤波器的特性巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没 有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零 在振幅的对数对角频率的波得图上， 从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷 大一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍 频6分贝，每十倍频20分贝二 阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、三阶巴特沃斯滤波器的衰 减率为每倍频18分贝、如此类推巴特沃斯滤波器的振幅 对角频率单调下 降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤 波器。

只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快其他滤波器 高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状巴特沃斯 滤波器的特点是在通带以内幅频曲线的幅度最平坦，由通带到阻带衰减陡 度较缓，截止频率以后的衰减速率 为6MDB/倍频程，相频特性是非线性的 对阶跃信号有过冲和振铃现象巴特沃斯滤波器是一种通用型滤波器，又 称为最平幅度滤波器n阶巴特沃斯低通滤波器的振幅和频率关系可用如下的公式表示： 务（3）=竝（知）|=/ +（：畑严从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性巴特沃斯滤波器具有最大 平坦幅度特性3.1.3•切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的 幅频特性不如后者平坦切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之 间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动£是决定通带波纹大小的 系数，波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件与巴特沃斯逼近特性相比较，这种特性虽然在通带内有起伏，但对同 样的n值在进入阻带以后 衰减更陡峭，更接近理想情况£值越小，通带 起伏越小，截止频率点衰减的分贝值也越小，但进入阻带后衰减特性变化 缓慢切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较，切贝雪夫滤波器的通 带有波纹，过渡带轻陡直，因此，在不允许通带内有纹波的情况下，巴特 沃斯型更可取；从相频响应来看，巴特沃斯型要优于切贝雪夫型，通过上 面二图比较可以看出，前者的相频响应更接近 于直线。

3.2滤波器的参数实际滤波器的基本参数：理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅 频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限在通带和阻带之间存在 一个过渡带在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度 的衰减当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰 减得越快、越多越好因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使 其尽量逼近理想滤波器理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无 明显的转折点，两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更多参数来 描述截止频率fc:幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截 止频率以A0为参考值，0.707A0对应于-3dB点，即相对于A0衰减3dB 若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点带宽B和品质因数Q值:上下两截止频率之间的频率范围称为滤 波器带 宽，或-3dB带宽，单位为Hz带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分 的能力——频率分辨力在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数 在二阶振荡环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数，Q=l/2 g （g — —阻尼率）对于带通滤波器，通常把中心频率 f0（）和带宽B之比称为 滤波器的品质因数Q。

例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中-3dB 带宽为10Hz，则称其Q值为50Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高滤波器的截止频率用来说明电路频率特性指标的特殊频率当保持电路输 入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍，或某一特殊额 定值时该频率称为截止频率在高频端和低频端各有一个截止频率，分别称为上 截止频率和下截止频率db的计算公式是20*log10（x）,x为信号某一个频率上真 正的幅值用滤波器去测试其 截止频率，保持电路输入信号的幅度不变，改变 频率使输出信号降至最大值的0.707倍所测值为其截止频率滤波器的带宽为 两个截止频率之间的频率范围又称为通频带3.3组合电路原理图无限增益多路反馈设计高通滤波电路如图所示:Uo如图所示其中：sL~c,通带增益：A =-uoC—1C3截止频率:fc2 兀 i R R C C12 3 2品质因数:R1Q = (C1 + C 2 + C 3).「.C 2 C 3 R 2uoC1 =5C3fc ==100Hz2兀 t R R C C12 3 2令 R1=1KKQ 解得C1=0.05uf c2=0.01ufR2=1.2 KQ3.4电路仿真二阶高通滤波器在频率响应特性与低通滤波器相似，当Q>0.707或Q<0.707 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C对换位置，即可构成 二阶高通滤波器如图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40dB/10oc t,克服了一阶高通滤波器阻带衰减太慢的缺点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40dB/10oct,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，图示为二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Av=5, Av=l+Rf/Rl,所以选R3=1.6K欧 姆的电阻，fc=100Hz,fc=l/2RC，则选用C=0.01uf的电容，R4为1.6K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。

1)(2)四、总结对于所学的模电课程，我们学习到了大量的电路分析，各种电路的应用功能, 但在实际运用中却显得有点欠缺，而这次课程设计，我们学会了比较电路在实际 物体模块制作过程中的使用方法，同时在资料的查阅过程中，也学会了其它电路 的详细功能及使用，对于自己的实际动手能力是一个很大的提高学到了很多， 也让我发现了自己的很多不足，特别是在实际电路的元件布局和电路参数的设定 中，发现自己在很多方面都不太了解，在以后的学习中有待提高通过本次课程设计，我在各个方面都取得了进步，对于所学的知识有了更深 入直观地了解，在仿真软件Multisim的应用方面也更加而熟悉本次的课程设计，对我们的实际动手能力是一个大的提高，也培养了我们查 阅资料的能力，对以后的各种工作是有很大的帮助五•参考文献1. 谢嘉奎 电子线路 高等教育出版社1999年6月第四版2. 邱关源.电路 高等教育出版社 2006年5月第五版3. 高西全丁玉美 数字信号处理 西安电子科技大学出版社2008年8月 第三版4. 毕满清•电子技术实验与课程设计•机械工业出版社5. 樊昌信、曹丽娜•通信原理（第6版）国防工业出版社，2006。