二阶高通巴特沃兹滤波器
巴特沃兹二阶有源高通滤波电路的设计与仿真
摘要：本文给出了巴特沃兹二阶有源高通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源高通滤波器，并在Altium Designer中设计出了印刷电路板（PCB）。
关键词：有源；高通滤波器；设计；仿真
1、概述
滤波器，是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。而有源滤波器在滤波的同时还能对信号起放大作用。在各种经典滤波器类型中，巴特沃斯滤波器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的滤波器。
2、设计方法
①设计流程
由于现在巴特沃兹低通滤波器的设计已经有了完整的计算公式与图表，所以设计模拟高通巴特沃兹滤波器时可先将要设计的技术指标通过某种频率转换关系转换成模拟低通滤波器的技术指标，并依据这些技术指标设计出低通滤波器的转移函数，然后在依据频率转换关系变成所要设计的滤波器的转移函数，得出转移函数后可和电路的转移函数相比较，从而确定各种器件的参数。
② 设计步骤
1、高通滤波器转移函数的确定
由于滤波器的幅频特性都是频率的偶函数，通过λ和η轴上各主要频率点的对应关系可得λη=1.因此，可将高通滤波器的频率η转换成低通滤波器的频率λ，通带与阻带衰减αp, αs 保持不变。考虑到对称性可得
H(s)=G(p)其中p=Ωp/s
又查表得二阶低通巴特沃兹滤波器的转移函数为G(p)=1
22p 0
++p G
所以二阶高通巴特沃兹滤波器的转移函数为H(s)=
2
22
0C
C
s Q
s S H ωω++
其中H0是任
意增益因子，ωc 是截止频率，Q 是品质因数
2、压控电压源二阶有源高通滤波器图形如下
其传输函数为: Au(s)=
2
12111221222
1
)1uo 1(11(uo C C R R S C R A C R C R S S A +
-+++）=
2
C
22
uo C
S Q
S S A ωω++
归一化的传输函数为：Au(l s )=
112
++L L
S Q
S Auo
其中S S C L ω=
通带增益： Auo=1+3
4
R R 通过对比得 截止角频率：ωc=
2
1211C C R R =2πfc （1）
Q ωc =112
2121
)1(11C R Auo C R C R -++ （2）
3、设计实例
设计一个有源高通巴特沃兹滤波器，指标为：通带截止频率 fC=1kHz ，通带电压放大倍数Auo=2，阶数为2，通带最大衰减为3dB 解：因为阶数N=2，由以上公式对比得Q=2
2
又Auo=2，所以R3=R4
对于本例，两个方程（1）和（2），四个未知数，所以可先取电容的值，一般电容的值低于1uf
可取：C1=C2=C uf 01.0= 联立方程ωc=
2
1211C C R R =2πfc
Q ωc =112
2121
)1(11C R Auo C R C R -++
两个方程两个未知数，将C 、fc 、Q 、Auo 的数值带入解得R1=18.2K R2=13.9K 为了达到静态平衡，减小输入偏置电流及其漂移电路的影响： 取R3=R4=R2等于13.9K 至此该电路的参数确定完毕。
4、电路仿真
通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的巴特沃兹二阶有源高通滤波器。使之在1000Hz时衰减为dB.
通过波特仪观察如下：
5、PCB板的设计
在Altium Designer中创建一个新的PCB工程，画出电器原理图
设置相关选项得出该图的PCB版图
6、结论
通过设计的有源二阶高通巴特沃兹滤波器，给出了设计有源二阶高通巴特沃兹滤波器的基本设计方法，步骤，经过电路仿真我们设计的有源二阶高通巴特沃兹滤波器性能优良，可以达到相关的滤波要求。
参考文献
［1］罗桂娥，张静秋，罗群模拟电子技术基础中南大学出版社2009；
［2］胡广书数字信号处理导论清华大学出版社2005；
二阶高通滤波器的设计 (2)
前言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅仅要将理论只是学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。 对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过，而且其电路性能稳定，增益容易调节。利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。例如：无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的低通滤波器，当另外一个房间中播放音乐时，很容易听到音乐的低音，但是高音部分大部分被过滤掉。 我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。
第一章设计任务 1.1二阶低通滤波器题目要求 a)设计截止频率f=2kHz的滤波器 b)输出增益Av=2 c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法
巴特沃斯数字低通滤波器
目录 1.题目.......................................................................................... .2 2.要求 (2) 3.设计原理 (2) 3.1 数字滤波器基本概念 (2) 3.2 数字滤波器工作原理 (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法 (4) 3.5实验所用MA TLAB函数说明 (5) 4.设计思路 (6) 5、实验内容 (6) 5.1实验程序 (6) 5.2实验结果分析 (10) 6.心得体会 (10) 7.参考文献 (10)
一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ ，通带最大衰减为0.5HZ ，阻带最小衰减为10HZ ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ 。用此信号验证滤波器设计的正确性。 三、设计原理 1、数字滤波器的基本概念 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序，因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是的形式和实现滤波方法不同。正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。如果要处理的是模拟信号，可通过A\DC 和D\AC,在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。 2、数字滤波器的工作原理 数字滤波器是一个离散时间系统，输入x(n)是一个时间序列，输出y(n)也是一个时间序列。如数字滤波器的系统函数为H(Z),其脉冲响应为h(n),则在时间域内存在下列关系 y(n)=x(n) h(n) 在Z 域内，输入输出存在下列关系 Y(Z)=H(Z)X(Z) 式中，X(Z),Y(Z)分别为输入x(n)和输出y(n)的Z 变换。 同样在频率域内，输入和输出存在下列关系 Y(jw)=X(jw)H(jw) 式中，H(jw)为数字滤波器的频率特性，X(jw)和Y(jw)分别为x(n)和y(n)的频谱。w 为数字角频率，单位rad 。通常设计H(jw)在某些频段的响应值为1，在某些频段的响应为0.X(jw)和H(jw)的乘积在频率响应为1的那些频段的值仍为X(jw)，即在这些频段的振幅可以无阻碍地通过滤波器，这些频带为通带。X(jw)和H(jw)的乘积在频段响应为0的那些频段的值不管X(jw)大小如何均为零，即在这些频段里的振幅不能通过滤波器，这些频带称为阻带。 一个合适的数字滤波器系统函数H(Z)可以根据需要输入x(n)的频率特性，经数字滤波器处理后的信号y(n)保留信号x(n)中的有用频率成分，去除无用频率成分。 3、巴特沃斯滤波器设计原理 （1）基本性质 巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。 巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示1 () ΩΩ+ =Ωc N /22 a 11 ) (j H
低通滤波器设计
低通滤波器设计 例3. 设计低通数字滤波器，要求在通带内频带低于rad π2.0时，允许幅度误差在1dB 以内，在频率rad rad ππ~3.0之间的阻带衰减大于15dB 。用双线性设计数字滤波器，1=T ，模拟滤波器采用巴特沃兹滤波器原型。 n=0:255; fp=0.2*pi;fst=0.3*pi;Fs=1; rp=1;rs=15; wp=fp/Fs; ws=fst/Fs; Fs=Fs/Fs; wap=tan(wp/2);was=tan(ws/2); [n,wn]=buttord(wap,was,rp,rs,'s') ; [z,p,k]=buttap(n); [bp,ap]=zp2tf(z,p,k) ; [bs,as]=lp2lp(bp,ap,wap); [bz,az]=bilinear(bs,as,Fs/2) ; [h,w]=freqz(bz,az,256,Fs*1000); plot(w,abs(h));title('Lowpass');
滤波验证： 1.幅度： n1=0:60; x1=sin(0.1*pi*n1); x2=sin(0.4*pi*n1); x3=x1+x2; y=filter(bz,az,x3); subplot(2,2,1);stem(n1,x1);title('x1'); subplot(2,2,2);stem(n1,x2);title('x2'); subplot(2,2,3);stem(n1,x3);title('x1+x2'); subplot(2,2,4);stem(n1,y);title('output');
2.频率： n2=0:255; y1=freqz(x1,1,256); y2=freqz(x2,1,256); y3=freqz(x3,1,256); y4=freqz(y,1,256); subplot(2,2,1);plot(n2,abs(y1)); subplot(2,2,2);plot(n2,abs(y2)); subplot(2,2,3);plot(n2,abs(y3)); subplot(2,2,4);plot(n2,abs(y4)); 实验总结：经验证，该滤波器设计符合滤波设计要求，能滤除0.3PI以上的波，为合格的低通滤波器。另外，高通，带通，带阻滤波器的设计与此类似：区别主要在[bs,as]=lp2lp(bp,ap,wap); [bs,as]=lp2hp(bp,ap,wap); [bs,as]=lp2bp(bp,ap,wap); [bs,as]=lp2ls(bp,ap,wap);以及通、阻带频率的不同。
高通有源滤波电路
湖南文理学院 课程设计报告 评阅意见： 评阅教师日期
有源高通滤波电路
目录 第一章简介 1.1 设计要求 (3) 1.2 设计作用与目的 (3) 1.3 所用仪器设备 (4) 第二章设计原理 2.1 设计方案及方案选择 (5) 2.2 模块电路设计及分析 (6) 2.3 总体设计 (10) 2.4 元件参数 (11) 第三章设计硬件及软件过程 3.1 Multisim仿真图 (13) 3.2 仿真结果 (14) 3.3 系统调试结果分析 (16) 第四章总结与展望
第一章简介 1.1设计要求 有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路应包括：滤波电路；集成运放；反馈电路，三个部分。滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。通过对有源滤波电路的探究，设计了一四阶有源高通滤波电路。在Multisim 10软件中进行仿真实验，对电路的频率特性和不同频率下输出的信号进行了分析，电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号，对频率100Hz以上的电压信号有放大作用。最终结果基本达到了预期要求。 1.2设计作用与目的 滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信
发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。 1.3 所用仪器设备 表：有源高通滤波电路明细表 序号代号名称规格数量备注 1 R1、R2、R3、R4 电阻 4.7kΩ 4 2 R5 电阻18 kΩ 1 3 R6 电阻 5 kΩ 1 4 R7 电阻 2.7 kΩ 1 5 R8 电阻 6.2 kΩ 1 6 C1、C2、C3、C4 电容0.33μF 4 7 U1、U2 运放OP07 2
(完整word版)2阶有源高通滤波器
上海大学2013 ～2014 学年冬季学期研究生课程 课程名称：现代电路课程编号：07Z097004 论文题目: 二阶有源高通滤波电路 研究生姓名: 李兵学号: 12720970 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
摘要：二阶高通滤波器是容许高频信号通过，减弱频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器具有综合功能，他可以滤掉若干次高次谐波，并且减少滤波回路数。对于不同的滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不一样，比如在音频信号也使用低音消除器或者噪声滤波器。 关键字：高通滤波器，截止频率，高频响应，Multisim 。 1、电路设计 1.1 图1给出了二阶有源巴特沃兹高通滤波器的结构。 图1 二阶有源巴特沃兹高通滤波器 正反馈型有源滤波器也叫做sallen-key 电路，是以这种电路的发明者命民的也有从工作形态上命民围vcvs （电压控制型电压源）的，他的滤波器相当于一个电压源。它是2阶的高通滤波器。这个电路是一个op 放大器，采用的是同相输入接法，因此输入阻抗很高，输出阻抗很低，由于连接缓冲器，他的增益是1，所以不需要决定曾益量的电阻，能过以较少的元器件数目实现2阶滤波器，使用的非常多，比较麻烦的Ra 和Rb 值不一样，所以计算麻烦一点。 1.2 传递函数 1.3 1a 和1b 分别为巴特沃兹系数
1.4 当给定电容值和截止频率时，可以得到电阻值 本文设计的是二阶高通滤波器，所以选取414.11=a ，11=b 1.5 当nF C KHz f c 100,10==时，可以求出电阻1R 和2R R1= 225.08Ω ，R2= 112.54Ω 2、Multisim 仿真 图2.1 二阶巴特沃兹高通滤波器仿真电路图
基于巴特沃斯的低通滤波器的设计原理
课程设计报告 ——基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 2０10年12月25日 一、实验内容 基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 二、实验目的 1、通过对滤波器的设计，充分了解测控电路中学习的各种滤波器的工作原理以及工作机制。学习幅频特性曲线的拟合,学会基本MAＴLＡB操作。 2、进一步掌握虚拟仪器语言ＬabVＩEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。以及图形化的编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法；掌握如何使用数据采
集卡以及EIVIS产生实际波形信号。了解图形化的编程方法；练习ＤIO函数的使用方法；学习如何使用数据采集卡以及EＩVIＳ产生和接受实际的数字信号。３、掌握自主化学习的方法以及工程设计理念等技能。 三、实验原理 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠,如果重叠不严重,仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率,提高测量精度。 任何复杂地滤波网络,可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器,而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。 滤波器主要参数介绍： ①通带截频f p=w p／(2π)为通带与过渡带边界点的频率,在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 ②阻带截频f r=wｒ／（２π)为阻带与过渡带边界点的频率,在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。 ③转折频率f c=w c/（2π)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以ｆｃ作为通带或阻带截频。 ④固有频率f0=w0/（2π)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率,复杂电路往
二阶高通滤波器的设计
模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计 专业班级：电信本 学生姓名： 学号：69 指导教师： 设计时间：1月3日
题目:二阶高通滤波器的设计 一、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f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2； 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 ）。 二、方案设计与论证 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, 2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路 与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3 4 1R R Aup + = Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率： RC f π210=
基于matlab-的巴特沃斯低通滤波器的实现
基于matlab 的巴特沃斯低通滤波器的实现 一、课程设计的目的 运用MATLAB实现巴特沃斯低通滤波器的设计以及相应结果的显示，另外还对多种低通滤波窗口进行了比较。 二、课程设计的基本要求 1）熟悉和掌握MATLAB 的基本应用技巧。 2）学习和熟悉MATLAB相关函数的调用和应用。 3）学会运用MATLAB实现低通滤波器的设计并进行结果显示。 三、双线性变换实现巴特沃斯低通滤波器的技术指标： 1.采样频率10Hz。 2.通带截止频率fp=0.2*pi Hz。 3.阻带截止频率fs=0.3*pi Hz。 4.通带衰减小于1dB，阻带衰减大于20dB 四、使用双线性变换法由模拟滤波器原型设计数字滤波器 程序代码： T=0.1; FS=1/T; fp=0.2*pi;fs=0.3*pi; wp=fp/FS*2*pi; ws=fs/FS*2*pi; Rp = 1; % 通带衰减 As = 15; % 阻带衰减 OmegaP = (2/T)*tan(wp/2); % 频率预计 OmegaS = (2/T)*tan(ws/2); % 频率预计 %设计巴特沃斯低通滤波器原型
N = ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(OmegaP/OmegaS))); OmegaC = OmegaP/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N))); [z,p,k] = buttap(N); %获取零极点参数 p = p * OmegaC ; k = k*OmegaC^N; B = real(poly(z)); b0 = k; cs = k*B; ds = real(poly(p)); [b,a] = bilinear(cs,ds,FS);% 双线性变换 figure(1);% 绘制结果 freqz(b,a,512,FS);%进行滤波验证 figure(2); % 绘制结果 f1=50; f2=250; n=0:63; x=sin(2*pi*f1*n)+sin(2*pi*f2*n); subplot(2,2,1);stem(x,'.'); title ('输入信号'); y=filter(b,a,x); subplot(2,2,2);stem(y,'.') ; title('滤波之后的信号'); figure(3) ; stem(y,'.') title（'输出的信号')）
二阶有源滤波器参数计算
二阶有源滤波器设计 一．滤波器类型 按照在附近的频率特性，可将滤波器分为以下三种： 1.巴特沃兹响应 优点：巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度响应平坦度，具有良好的综合性能，其脉冲响应优于切比雪夫，衰减速度优于贝塞尔。 缺点：阶跃响应存在一定的过冲和振荡。 2.切比雪夫响应 优点：与巴特沃兹相比，切比雪夫滤波器具有更良好的通带外衰减。 缺点：通带内纹波令人不满，阶跃响应的振铃较严重。 3.贝塞尔响应 优点：贝塞尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。 缺点：与巴特沃兹相比，贝塞尔滤波器的通带外衰减较为缓慢。 （注意： 巴特沃兹及贝塞尔响应的3dB衰减位于截止频率处。 而切比雪夫响应的截止频率定义为响应下降至低于纹波带的频点频率。 对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0dB的直流响应，因此截止频点位于0dB衰减处；而对于奇数阶滤波器而言，所有纹波均低于 0dB的直流响应，因此截止频点定义为低于纹波带最大衰减点。）
二．最常用的有源极点对电路拓扑 1.MFB拓扑 也称为无限增益拓扑或Rauch拓扑； 适用于高Q值高增益电路； 其对元件值的改变敏感度较低。 2.Sallen-Key拓扑 下列情况时，使用效果更佳： 对增益精度要求较高； 采用了单位增益滤波器； 极点对Q值较低（如：Q<3）； （特例：某些高Q值高频率滤波器若采用MFB拓扑，则C1值须很小以得到合适的电阻值。而由于寄生电容干扰使得低容值将导致极大干 扰）。 （注意： MFB拓扑不能用于电流反馈型运放，而S-K拓扑电压、电流反馈型运放均可； 差分放大器只能采用MFB拓扑； S-K拓扑的运放输出阻抗随频率增加而增加，故通带外衰减能力受限，而MFB拓扑则无此问题。）
二阶高通滤波器的设计_(2)要点
模拟电路课程设计任务书 20 10 －20 11 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周
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, 关键字：高通滤波器；二阶；有源；
目录 前言 (4) 第一章设计内容 (5) 1.1设计任务和要求 (5) 1.2设计目的 (5) 第二章滤波器的基本理论 (6) 2.1滤波器的有关参数 (6) 2.2有源滤波和无源滤波 (7) 2.3巴特沃斯响应 (8) 第三章滤波系统中高通滤波器模块设计 (11) 3.1压控电压源二阶高通滤波电路 (11) 3.2无限增益多路反馈高通滤波电路 (12) 第四章二阶高通滤波器电路仿真 (13) 第五章系统调试 (16) 第六章结论 (17) 5.2对本设计优缺点的分析 (17) 5.1结论结论与心得 (17) 附录一LM324引脚图 (18) 附录二元件清单 (19) 附录三参考文献 (20)
四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真
四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真 一. 电路工作原理 1. 电路用途 滤波器是一种能使有用信号频率通过，同时抑制无用频率成分的电路，广泛应用于电子、电气、通信、计算机等领域的信号处理电路中。滤波器的种类很多，本电路是一个四阶巴特沃兹型低通滤波器，其截止频率为1khz ，增益为2.6. 2. 电路图 H I R51.6k H I R6 1.6k U0 C20.1u R8 1.6k R415.2k R71.6k C10.1u C40.1u V1 1Vac 0Vdc 四阶巴特沃兹低通滤波器 C30.1u R212.53k LO 0LO U1A AD648A 3 2 8 4 1 +-V + V - OUT R3100k R110k U1B AD648A 5 6 8 4 7 +- V + V - OUT 3. 工作原理 高阶低通滤波器通常可由一阶，二阶低通滤波器组成，这样可以改善低通滤波器的频率特性，如要求低通滤波器的阻带特性下降速率大于|-40db/10oct| 时，则必须采用高阶低通滤波器。因此本电路中欲设计一个四阶巴特沃兹低通滤波器，可用两个二阶巴特沃兹低通滤波器构成。其具体设计步骤如下： 先设计四阶巴特沃兹低通滤波器的传递函数，用两个二阶巴特沃兹低通滤波器构成一个四阶巴特沃兹低通滤波器，其传递函数为 01 02 42 2 12()* 1 1 G G G s s s s s λλλλλξξ= ++++ （1） 为了简化计算，假设在所选择的二阶巴特沃兹低通滤波器中，其参数满足如下条件： 1212,C C C R R R ==== 由12c f RC π= ，选取C=0.1uf ，可算得R=1.6K Ω。 由表查得四阶巴特沃兹低通滤波器的两个阻尼系数分别为120.765, 1.848ξξ==，由此
二阶有源带通滤波器设计及参数计算
滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度
选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则：
二阶高通滤波器
高通滤波器的设计 专 业： 应用电子技术 班 级： 2010级 （1）班 学 号： 201030210105 姓 名： 焦义强 指导老师： 黄磊
目录 前言....................................................................................................................... - 3 -第一章设计任务 ............................................................................................... - 4 - 1.1 设计任务及要求......................................................................................... - 4 - 1.2 设计目的..................................................................................................... - 4 -第二章滤波器的基本理论............................................................................. - 4 - 2.1滤波器的有关参数...................................................................................... - 4 - 2.2有源滤波和无源滤波.................................................................................. - 6 - 2.3高通滤波器.................................................................................................. - 7 -第三章滤波系统中二阶高通滤波器设计 .............................................. - 7 - 3.1压控电压源二阶高通滤波电路.................................................................. - 7 - 3.2所需软件前面板（软面板）...................................................................... - 9 - 3.3 所需电子元件............................................................................................. - 9 - 3.4 电路连线图............................................................................................... - 10 -第四章二阶高通滤波电路的测试............................................................. - 11 - 4.1 运放电路波形的输入与输出 .................................................................. - 11 - 4.2 二阶高通运放的频率特性测试............................................................... - 12 -第五章结论 .................................................................................................... - 14 - 5.1对本设计优缺点的分析............................................................................ - 14 - 5.2结论与心得................................................................................................ - 14 -附录一 A741/LM741型运算放大器的资料 ............................................. - 15 -附录二参考文献 ............................................................................................. - 16 -
巴特沃斯二阶低通滤波器
MEMS 陀螺的带宽为30HZ ，从采样频率100HZ 的数据序列中消除掉30HZ 以上的噪声。巴特沃斯函数只是在ω=0处精确地逼近理想低通特性，在通带内随着ω增加，误差愈来愈大，在通带边界上误差最大，逼近特性并不很好，但是陀螺仪的有用输出信号本就在低频段，对通带边界的滤波要求不高，因此巴特沃斯滤波器就可以满足要求。要求巴特沃斯滤波器通带上限截止频率fc=30HZ ，阻带下限截止频率fs=80HZ ，通带最大衰减3max =A db ，阻带最小衰减为 15min =A db 。由式(1)-(4)可得巴特沃斯低通滤波器为二阶。 1110max 1.0≈-=A ε (1) 49.1995.0622.30lg 110110lg 110110lg 3.05.11.01.0max min =??? ??=???? ??--=? ?? ? ??--A A (2) 85.01.7lg 302802lg lg 2 ==??? ??????=??? ? ??ππc s w w (3) 75.185.049.1lg 110110lg lg max min 1.01.0==??? ? ?????? ??-->c s A A w w n (4) 用 30 2??πs 代替1 21)(2 ++= s s s H 中的s 得到去归一化后的滤波器传递函 数为式(5)所示。 6.35494 4.2666 .35494)(2++= s s s H (5) 采用的低通滤波电路如图2所示，滤波增益为1，此电路传递函数如式(6)所示，只需将巴特沃斯滤波器的传递函数与此传递函数的系数一一对应即可以整定出滤波电路的参数。
二阶有源低通滤波器
设计题题目 二阶有源低通滤波器 设计一个有源低通滤波器的截止频率为kHz f 10 。 方案论证 （1）：对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种 工作原理： 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。 有源二阶滤波器基础电路如图1所示： 图1 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，
输出阻抗低。 传输函数为： )()()(i o s V s V s A = 2F F ) ()-(31sCR sCR A A V V ++= 当f=0或者频率很小时，各电容可视为开路 F 0V A A ==1+（A vf\-1）R1/R1 称为通带增益 F 31V A Q -=称为等效品质因数 RC 1c = ω 称为特征角频率 则2c n 22c 0)(ωωω++= s Q s A s A 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注：当Q ＝0.707时的3dB 截止角频率，当30≥=VF A A 电路将自激振荡。 当jw s =代入 2220222)(c c c c c c VF w s Q w s w A w s Q w s w A s A ++=++= （式１１） 则 2220 )(])(1[1lg 20)(lg 20Q w w w w A jw A c c +-= （式１２） 2)(1)(arctan )(c c w Q w w w --=? （式１３）
巴特沃斯高通数字滤波器
数字信号处理课程设计 题目巴特沃斯高通数字滤波器 老师陈忠泽老师 学院电气工程学院 班级电子信息工程0 81班 学号20084470110 姓名何依阳 二0一一年五月
目录： 一、IIR数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 2、数字滤波器的设计步骤 3、设计方法 4、IIR巴特沃斯数字高通滤波器的实例计算 二、软件仿真工具及实现环境简介 1、计算机辅助设计方法 2、 MATLAB直接设计IIR巴特沃斯数字高通滤波器 三、滤波器结构对数字滤波器性能指标的影响分析 1、 IIR系统的基本网络结构 （1） （2）级联型 （3） 四、有限字长运算在网络结构中对数字滤波器的影响 1 、运算量化效应对数字滤波器的影响 2 、参数的字长对数字滤波器性能指标的影响 2.1 、系数量化对数字滤波器的影响 五、运用MATLAB的辅助工具FDATOOL画出系统函数图像 六、设计心得
IIR 数字高通滤波器的设计 一、IIR 数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。 2、 数字滤波器的设计步骤 设计一个IIR 数字滤波器主要包括下面5个步骤： （1） 确定滤波器要求的规范指标。 （2） 选择合适的滤波器系数的计算（如图一流程图所示）。 （3） 用一个适当的结构来表示滤波器（实现结构）。 （4） 有限字长效应对滤波器性能的影响分析。 （5） 用软件或硬件来实现滤波器。 本次设计的IIR 数字滤波器系数的计算是根据已知的模拟滤波器的特性转换到等价的数字滤波器。本次设计用双线性变换法得到数字滤波器。而且，双线性变换法得到的数字滤波器保留了模拟滤波器的幅度响应特性。 确定数字巴特沃斯 高通滤波器指标 推导出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器指 计算出归一化模拟巴特沃斯低通滤波去归一化推导出模拟巴特沃斯高通滤波器 双线性变换推导出数字巴特沃斯高通 图一 流程图
巴特沃斯数字(精选)低通滤波器
目录1.题目...................................................................... (2) 2.要求...................................................................... . (2) 3.设计原理...................................................................... .. (2) 3.1数字滤波器基本概念 (2) 3.2数字滤波器工作原理 (2) 3.3巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法...................................................................... . (4) 3.5实验所用MATLAB函数说明 (5)
4.设计思路...................................................................... (6) 5、实验内容...................................................................... .. (6) 5.1实验程序...................................................................... (6) 5.2实验结果分析...................................................................... (10) 6.心得体会...................................................................... .. (10) 7.参考文献...................................................................... .. (10) 一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ，通带最大衰减为0.5HZ，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ。用此信号验证滤波器设计的正确性。 三、设计原理 1、数字滤波器的基本概念 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序，因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是的形式和实现滤波方法不同。正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤
二阶高通巴特沃兹滤波器
巴特沃兹二阶有源高通滤波电路的设计与仿真 摘要：本文给出了巴特沃兹二阶有源高通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源高通滤波器，并在Altium Designer中设计出了印刷电路板（PCB）。 关键词：有源；高通滤波器；设计；仿真 1、概述 滤波器，是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。而有源滤波器在滤波的同时还能对信号起放大作用。在各种经典滤波器类型中，巴特沃斯滤波器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的滤波器。 2、设计方法 ①设计流程 由于现在巴特沃兹低通滤波器的设计已经有了完整的计算公式与图表，所以设计模拟高通巴特沃兹滤波器时可先将要设计的技术指标通过某种频率转换关系转换成模拟低通滤波器的技术指标，并依据这些技术指标设计出低通滤波器的转移函数，然后在依据频率转换关系变成所要设计的滤波器的转移函数，得出转移函数后可和电路的转移函数相比较，从而确定各种器件的参数。
② 设计步骤 1、高通滤波器转移函数的确定 由于滤波器的幅频特性都是频率的偶函数，通过λ和η轴上各主要频率点的对应关系可得λη=1.因此，可将高通滤波器的频率η转换成低通滤波器的频率λ，通带与阻带衰减αp, αs 保持不变。考虑到对称性可得 H(s)=G(p)其中p=Ωp/s 又查表得二阶低通巴特沃兹滤波器的转移函数为G(p)=1 22p 0 ++p G 所以二阶高通巴特沃兹滤波器的转移函数为H(s)= 2 22 0C C s Q s S H ωω++ 其中H0是任 意增益因子，ωc 是截止频率，Q 是品质因数 2、压控电压源二阶有源高通滤波器图形如下 其传输函数为: Au(s)= 2 12111221222 1 )1uo 1(11(uo C C R R S C R A C R C R S S A + -+++）= 2 C 22 uo C S Q S S A ωω++
巴特沃兹有源低通滤波器设计
巴特沃兹有源低通滤波器设计 李彦哲 关恩明 （中国电子科技集团第49研究所，黑龙江 哈尔滨 150001） 摘要：给出了二阶巴特沃兹有源低通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim 电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源低通滤波器。 关键词：有源；低通滤波器；设计 １ 概述 低通滤波器ＬＰＦ是滤除噪声用得最多的滤波器。由于高阶有源低通滤波器的每个滤波节皆由二阶滤波器和一阶滤波器组成。我们设计一个巴特沃兹二阶有源低通滤波器。并使用电子电路仿真软件进行性能仿真。 ２ 设计方法 ２.１频率特性 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω . . . . . . （1） 其中Auo 为通带内的电压放大倍数，ωC 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（1）式中可知，当ω=0时，（1）式有最大值1；ω=ωC 时，（1）式等于0.707，即Au 衰减了 3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性 越接近于理想特性。 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( . . . . . . （2） 两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ . . . . . . （3） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由 2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1 -n 节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。 ２.2设计步骤 有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n ，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，以巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计为例。具体步骤如下： 1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数。 2）选择具体的电路形式。 3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方 程组。