二阶带通滤波器的设计

二阶带通滤波器的设计
二阶带通滤波器的设计

模拟电子技术基础课程设计任务书

目录

内容提要 (3)

正文及电路设计

第一章制作一个1000Hz的正弦波产生电路 (3)

1.1 RC桥式振荡电路 (3)

1.2振荡电路的传递函数 (4)

1.3振荡电路分析 (4)

第二章压控电压源二阶带通滤波器 (6)

2.1压控带通虑波器的传递函数 (6)

2.2 设计步骤及元器件选择 (8)

第三章模拟仿真与元器件准备 (9)

3.1 Multisim仿真 (9)

3.2 元器件列表 (13)

第四章制版与调试 (13)

4.1制板 (13)

4.2 调试 (15)

原理概述 (16)

参考文献 (18)

二阶带通滤波器的设计

内容提要:

带通滤波器是指能够通过某一频率范围内的频率分量,但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。本文重点介绍了带通滤波器工作原理以及设计方法。介绍了高低通滤波器的工作原理。设计了一个由高通滤波电路和低通滤波电路级联而组成的带通滤波,给出了系统的电路设计方法以及主要模块的原理分析。实验结果表明,该滤波器具良好的滤波效果以及运行稳定可靠等优点。 关键词:带通滤波器 参数设计 稳定可靠

正文及电路设计:

第一章、制作一个1000Hz 的正弦波产生电路:

图1.1 正弦波产生电路

1.1 RC 桥式振荡电路

RC 桥式振荡电路如图(1.1)所示。这个电路由两部分组成,即放大电路和选频网络。其中,R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络,接于运算放大器的输出与同相输入端之间,构成正反馈,以产生正弦自激振荡。R3、W R 及R4组成负反馈网络,调节W R 可改变负反馈的反馈系数,从而调节放大的电压增益,使电压增益满足振荡的幅度条件。RC 串并联网络与负反馈中的R3、W R 刚好组成一个四臂电桥,电桥的对

角线顶点接到放大器A1的两个输入端,桥式振荡电路的名称即由此得来。

分析RC串并联网络的选频特性,根椐正弦波振荡电路的振幅平衡条件,选择合适的放大指标,构成一个完整的振荡电路。

1.2 振荡电路的传递函数

由图(1.1)有

1.1中RC串、并联网络的阻值。

得到输入与输出的传递函数:

(1.1)

由式(1.1)得

,则有

1.3 振荡电路分析

就实际的频率而言,RC

同相,这样,放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统,可以满足相位平衡条件。

(1.2)

1.2)变为

(1.3)

由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应

(1.4)

相频响应

(1.5)

由此可知,当

时,幅频响应的幅度为最大,即

而相频响应的相位角为零,即

这说明,

输出的电压的幅度最大(当输入电压的幅度一定,而频率可调时),

并且输出电压时输入电压的1/3,同时输出电压与输入电压同相。

号,经过放大,通过正反馈的选频网络,使输出幅度愈来愈大,最后受电路中的非线性元件的限制,使振荡幅度自动地稳定下来,开始时,放大电路的放大倍数

为下部分值,当Av1略大于3

调整负反馈的强弱,使Av1的值在起振时略大于3,达到稳定时Av1=3,其输出波形为正弦波,失真很小。如果Av1的值远大于3,则会因振幅的增长,致使放大器件工作在非线性区域,波形将产生严重的非线性失真。

二极管对A1的输出电压进行限幅再进入比例放大环节调节,W2便可以改变A2的增益,从而改变输出波形的幅值。

解得

39.8%左右,才产生的最理想的波形。

由图(1.1)可以得出放大器A2的增益

所以 的调节对放大器的增益影响不大。

第二章、压控电压源二阶带通滤波器 2.1 压控带通虑波器的传递函数

压控电压源二阶带通滤波器电路如图(2.1)所示,电路的传输函数为:

(2.1)

式(2.1频率。

中心角频率:

???? ??+=

21

23111R R C R o ω (2.2) ???

? ??-++=)1(1

1212130

f A R R R C Q ω (2.3) 中心角频率o ω处的电压放大倍数:

?

??

???+-+=

32

111)1(11R A R R R A A f f

uo (2.4)

式(2.4)中,4

5

1R R A f +

= 通带带宽: 12ωω-=BW 或 12f f f -=?

???

? ??-++==)1(1

1212130

f A R R R C Q BW ω (2.5) f

f BW

Q ?=

=

ω 时)0(ω<

图2.1压控带通滤波电路

设计一个压控电压源二阶带通滤波器,指标要求为:通带中心频率01f kHz =;通带电压放大倍数2uo A =;通带带宽100f Hz ?=。

2.2 设计步骤及元器件选择

1)选取图(2.1)压控电压源型二阶带通滤波电路;

2

(2.7)

品质因数:(2.8)

即由此可算出电阻

取标称值

2.8

2220222

11

(2)022R f R R C C

π-

-= 可解得 211656R =Ω 323312R =Ω 取标称值:

211.8R k =Ω,323.7R k =Ω

至此,压控电压源二阶带通滤波器无源器件参数基本确定。

第三章、模拟仿真与元器件准备 3.1 Multisim 仿真

根据所选元器件,利用NI 公司的Multisim 进行仿真分析,结果如图:

+

图3.1 文氏电桥正弦波产生电路

注:绿色为正弦波发生电路输出波形,红色为经过同相放大器放大后的波形,放大倍数大约为2倍

图3.2 文氏电桥输出波形

图3.3 压控电压源二阶带通滤波器电路图

注:红色为函数信号发生器的输出,作为滤波器的输入,绿色为带通滤波器的输出波形,放大倍数为2倍。

图3.4 压控电压源二阶带通滤波器输出波形

图3.5 电路输出的波特图

波特图仪仿真的波特图,得到中心频率为987.118Hz。

图3.6 a 上限截止频率

图3.6 b 下限截止频率

由图3.6a和图3.6b得到模拟的两个截止频率分别是1040Hz和940Hz。

通过以上仿真得出结论:仿真结果基本满足设计要求,所选元器件参数没有错误,可以进行实际制作阶段。

有源带通滤波器设计报告

有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州

摘要 该设计利用模拟电路的相关知识,设定上线和下限频率,采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器,设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容: 1.确定有源滤波器的上、下限频率; 2.设计符合条件的有源带通滤波器;- 3.测量设计的有源滤波器的幅频特性; 4.制作与调试; 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词:四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency

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

带通滤波器的设计

目录 一.设计概述 二.设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三.设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四.所用器件 五.实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六.实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献

一.设计概述 根据允许的通过的频率范围,可以将滤波器分为低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器和带阻滤波器4种。其中,带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过,其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中,信号能够通过的范围成为通频带或通带,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带,通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器,通带范围内则完全平坦,对传输信号基本没有增益的衰减作用,其次,通带之外的所有频率均能被完全衰减掉,通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中,主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW,上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下,为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力,可采用固定带宽带通滤波器(如收音机的选频)。所选带宽越窄,则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围,所需要的滤波器数量就很大。因此,在很多场合,固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的,而是利用一个参考信号,使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化,其中,参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器,经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二.设计任务及要求 1)设计任务 带通滤波器的设计方案有很多,本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器,通过多级反馈,减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性,设计一个带宽检测电路,通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2)设计要求 (1)性能指标要求 1.输入信号:有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换,分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW

(整理)带通滤波器设计

实验八 有源滤波器的设计 一.实验目的 1. 学习有源滤波器的设计方法。 2. 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3. 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二.预习要求 1. 根据滤波器的技术指标要求,选用滤波器电路,计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果,写出设计报告。 3. 制定出实验方案,选择实验用的仪器设备。 三.设计方法 有源滤波器的形式有好几种,下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为: n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω , n=1,2,3,. . . (1) 写成: n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω (2) )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数,ωC A uo 为截止角频率,n 称为滤波器的阶。从(2) 式中可知,当ω=0时,(2)式有最大值1; 0.707A uo ω=ωC 时,(2)式等于0.707,即A u 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。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时, n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( (3) 图1低通滤波器的幅频特性曲线

两边取对数,得: lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ (4) 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。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中,S L = c s ω,ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器,其传递函数: c c uo u s A s A ωω+= )( (5) 归一化的传递函数: 1 )(+= L uo L u s A s A (6) 对于二阶低通滤波器,其传递函数:2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = (7) 归一化后的传递函数: 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A (8) 由表1可以看出,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

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:

四阶带通滤波器

电子系统设计实验报告 姓名 指导教师 专业班级 学院 提交日期2011年11月1日

目录 第一章设计题目 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 第二章原理分析及参数计算 (1) 2.1 总方案设计 (1) 2.1.1 方案框图 (1) 2.1.2 原理图设计 (1) 2.2 单元电路的设计及参数计算 (2) 2.2.1 二阶低通滤波器 (2) 2.2.2 二阶高通滤波器 (3) 2.3 元器件选择 (4) 第三章电路的组装与调试 (5) 3.1 MultiSim电路图 (5) 3.2 MultiSim仿真分析 (5) 3.1.1 四阶低通滤波器 (5) 3.1.2 四阶高通滤波器 (5) 3.1.3 总电路图 (6) 3.3 实际测试结果 (6) 第四章设计总结 (6) 附录………………………………………………………………………………… 附录Ⅰ元件清单………………………………………………………………… 附录Ⅱ Protel原理图…………………………………………………………… 附录Ⅲ PCB图(正面)………………………………………………………… 附录Ⅳ PCB图(反面)………………………………………………………… 参考文献…………………………………………………………………………

第一章 设计题目 1.1 设计任务 采用无限增益多重反馈滤波器,设计一四阶带通滤波器,通带增益01A =, 1L f kHz =,2H f kHz =,设计方案如图1.1所示。 图1.1 四阶带通滤波器方案图 1.2 设计要求 1.用Protel99 画出原理图,计算各元件参数,各元件参数选用标称值; 2.用Mutisum 对电路进行仿真,给出幅频特性的仿真结果; 3.在面包板上搭接实际电路,并测试滤波器的幅频特性; 4.撰写设计报告。 第二章 设计方案 2.1 方案设计 2.1.1方案框图(如图2.1.1) 图2.1.1 四阶带通滤波器总框图 2.1.2原理图设计 本原理图根据结构框图组成了4个二阶滤波器,上面两个分别为c f =2kHz ,Q=0.541,A=1的低通滤波器和c f =2kHz ,Q=1.306,A=1的低通滤波器;下面两个分别为c f =1kHz ,Q=0.541,A=1的高通滤波器和c f =1kHz ,Q=1.306,A=1的高通滤波器,其中P1、P2、P3作为接线座用来接线,原理图如图2.1.2,具体参数计算见2.2节。 V i V o 二阶低通滤波器 二阶低通滤波器 二阶高通滤波器 二阶高通滤波器

有源带通滤波器设计

二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路,它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等,目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成,60年代以来,集成运放获得迅速发展,由它和R、C组成的有源滤波电路,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗比较低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应,常把能够通过信号的频率范围定义为通带,而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带,通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布,滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例,介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成,组成电路选用LM324不仅可以滤波,还可以进行放大。 关键字:带通滤波器 LM324 RC网络

目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)

信号与系统综合实验报告-带通滤波器的设计DOC

广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师

《综合设计性实验》预习报告 实验项目:选频网络的设计及应用研究 一 引言: 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如,利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多,本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的: (1)熟悉选频网络特性、结构及其应用,掌握选频网络的特点及其设计方法。 (2)学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 (3)学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理: 带通滤波器: 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和抑制。 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所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益:CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率:)1 1(121 3 12 20R R C R f += π

通带宽度:)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数:B f Q 0 = 此电路的优点是,改变f R 和4R 的比值,就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容: 设计一个中心频率Hz f 20000=,品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题: (1)确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 (2)验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献: [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京:清华大学出版社,2005. [2]吴正光,郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京:科学出版社,2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础(第三版).北京:高等教育出版社, 2001. 图1 二阶带通滤波器

带通滤波电路设计

带通滤波电路设计一.设计要求 (1)信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间; (2)滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内,而在 范围内; 100 Hz至10 kHz滤波 (3)在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ,而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二.电路组成原理 由图( 1)所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较, 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图(2),可以构成带通滤波电路,条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L,两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图( 1) 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L

│A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图( 2) 三.电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路,在通带内我们设计为单位增益。根据题意,在频率低端f=10HZ 时,幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时,幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ,有源器件仍选择运放 LF142,将这两个滤波电路串联如图所示,就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ,因此,由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益(Avf1 ) 2=( 1.586 )2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。

高阶LC滤波器设计的仿真与实现

高阶LC滤波器设计的仿真与实现 ( 海格通信产业集团 高迎帅) 摘要:本文以椭圆低通滤波器设计为例,讲述了LC滤波器设计的基本思路和方法,并仿真和工程实现的几点差异。通过实验测试分析了产生差异的原因,并提出了几点进行高阶滤波器设计应当注意的几点细节问题。 关键词:椭圆低通滤波器、阻带衰减、辐射干扰 前 言 在射频电路设计中,滤波器是最基本的单元之一。在我们的产品中有很多不同种类不同用途的滤波器,例如LC滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等等,无论是什么形式的滤波器,他们的作用是相同的,就是在保证有用信号顺利通过的同时尽可能地抑制带外无用信号。其中,LC滤波器是应用最广泛的滤波器形式之一。在滤波器设计中出现的问题多数是共性问题,因此在下文中,我们主要以LC滤波器中的椭圆低通滤波起来进行讨论。 滤波器的性能指标 滤波器的性能可以使用几种指标参数来衡量。在这里,我们首先简单说明一下椭圆低通、滤波器的几种参数的定义。下图是一个标准的椭圆滤波器的传输曲线,通常,我们使用S参数来表示无源滤波器网络的各项特性,其中S21是我们最关心的一种特性,即前向功率传输特性。 图1 滤波器参数定义

滤波器的仿真设计 关于椭圆低通滤波器的数学表示和设计公式推导就不再详细说明了。在这里主要介绍使用工程的方法进行滤波器的方法。在进行滤波器设计时,首先根据电路的需要订制滤波器的各项指标,如通带宽度、带内波动、阻带衰减等,然后通过查表计算或者使用相关的EDA软件进行电路参数确定。将得出的参数输入计算机使用软件进行波形仿真,进行参数的仔细调整。在这里,我们以接收机前端低通滤波器的设计为例。要求参数如下: 1、通带宽度:31.5MHz 2、带内波动:≤1dB 3、带内损耗:≤1.5dB 4、阻带衰减:≥80dB 使用EDA软件FILTER进行设计,可以得到滤波器的电路参数如下: 图2 仿真设计结果 仿真波形如图一所示。需要注意的是在以上电路参数中,电感和电容的值不一定是标准系列的值。对于电感来说,我们可以取最相近的值,误差应小于10%,否则,滤波器的特性将会有较大的变化。对于电感的小的偏差,可以通过微调与其形成谐振的电容的值来补偿,保证对应的谐振点F(LC)不变。对于指标要求较高的滤波器,采用可调电感可以得到准确的设计值,但是在调试阶段必须进行仔细调整,这将占用比较多的调试时间。在上例中,电感应当使用可调电感。对于电容值的选取,通过并联的方法总可以以很小的误差得到需要的值。

带通滤波器的设计和仿真

带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号 201203090224 班级电信1202 时间 2014年10月 1.设计要求 设计带通为300Hz~10KHz的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理: 带通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,本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn,两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器,截止频率,选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数: 电容则 基准电阻, ,取标称值2400pF, ,取标称值14.7kΩ, ,取标称值14.7kΩ, ,取标称值7.32kΩ,

,取标称值6.04kΩ, , ,取标称值0.013μF, ,取标称值3.01?Ω, 同理,设计一个4阶高通滤波器,通带增益,截止频率,选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数如下: 电容, ,取标称值10kΩ, ,取标称值27kΩ, ,取标称值3.9kΩ, ,取标称值62kΩ。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器 图3-2 低通滤波器

如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路,函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。 4仿真、分析 图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示,其输入的正弦信号的幅值均为2V,滤波器的仿真结果符合预期结果。 图4-1 时滤波器仿真结果 图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果 图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果 图4-4 下限截止频率

带通滤波器设计步骤

带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率,根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率,换算抑制频率与截止频率的比值,得出m 的值,然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言,引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入,输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器(如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer )在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟(group delay )。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候,描述比较简单,XL=L, XC=1/C ,计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征:通带平坦,阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢,直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ,其中,n 表示滤波器的阶数,octave 表示是频率的加倍。例如,3阶滤波器,将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化,使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点,这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式(Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ) ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值,以dB 为单位;Ω为抑制频率与截止频率的比值 例:假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有: 95.91020*1.0==Cn ;Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此,滤波器的阶数至少应该为4

带通滤波器

有源模拟带通滤波器的设计 时间:2009-08-2110:51:10来源:电子科技作者:张亚黄克平 滤波器是一种具有频率选择功能的电路,它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等,目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 1滤波器的结构及分类 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成,60年代以来,集成运放获得迅速发展,由它和R、C组成的有源滤波电路,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗比较低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应,常把能够通过信号的频率范围定义为通带,而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带,通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布,滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 文中结合实例,介绍了设计一个工作在低频段的二阶有源模拟带通滤波器应该注意的一些问题。 2二阶有源模拟带通滤波器的设计 2.1基本参数的设定 二阶有源模拟带通滤波器电路,如图1所示。图中R1、C2组成低通网络,R3、C1组成高通网络,A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路,三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器,以下均简称为二阶带通滤波器。 根据图l可导出带通滤波器的传递函数为

令s=jω,代入式(4),可得带通滤波器的频率响应特性为 波器的通频带宽度为BW0.7=ω0/(2πQ)=f0/Q,显然Q值越高,则通频带越窄。

微带线带通滤波器的ADS设计

应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器,但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了,这是由于微带线本身的局限性,因为微带结构是个平面电路,中心导带必须制作在一个平面基片上,这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现;其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制,因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种: 1、电容间隙耦合滤波器 带宽较窄,在微波低端上显得太长,不够紧凑,在2GH以上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器,有5%到25%的相对带宽,能够精确设计,常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长,结构不够紧凑;在频带较宽时耦合间隙较小,实现比较困难。 (刃耦合微幣线滤彼器 3、发夹线带通滤波器 把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波,性能不够理想,故常把它与耦合谐振器混合来用,以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。

(3)岌夬线带通滤波器 4、1/4波长短路短截线滤波器 (4)1/4波长您路短戡线湛枝器 5、半波长开路短截线滤波器 (5)1/2波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计,这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的,它不要求对 地连接,结构简单,易于实现,是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mr以下),故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多;其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟,但采用高介电常数的介质基片,使线上的波长比自由空间小了几倍,同样可以减小;此外,整个微带电路元件共用接地板,只需由导体带条构成电路图形,结构大为紧凑,从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法,已有不少资料予以介绍。但是,在设计过程中发现,到目前为止所查阅到的各种文献,还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中,为避免繁杂的运算,一般只采用简化公式并查阅图表,这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时,则可以力求数学模型精确,而不追求过分的简化。基于实际设计的需要,我对于平行耦合线微带

带通滤波器设计实验报告

电子系统设计实践 报告 实验项目带通功率放大器设计学校宁波大学科技学院 学院理工学院 班级12自动化2班 姓名woniudtk 学号12******** 指导老师李宏 时间2014-12-4

一、设计课题 设计并制作能输出0.5W功率的语音放大电路。该电路由带通滤波器和功率放大器构成。 二、设计要求 (1)电路采用不超过12V单(或双)电源供电; (2)带通滤波器:通带为300Hz~3.4kHz,滤波器阶数不限;增益为20dB; (3)最大输出额定功率不小于0.5W,失真度<10%(示波器观察无明显失真);负载(喇叭)额定阻抗为8?。 (4)功率放大器增益为26dB。 (5)功率放大部分允许采用集成功放电路。 三、电路测试要求 (1)测量滤波器的频率响应特性,给出上、下限截止频率、通带的增益; (2)在示波器观察无明显失真情况下,测量最大输出功率 (3)测量功率放大器的电压增益(负载:8?喇叭;信号频率:1kHz); 四、电路原理与设计制作过程 4.1 电路原理 带通功率放大器的原理图如下图1所示。电路有两部分构成,分别为带通滤波器和功率放大器。 图1 滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。LM358是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小,有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大,因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。 带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ 的高通滤波器级联而成,因此,设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成二阶带通滤波器(巴特沃斯响应)。 功率放大电路运用LM386功放,该功放是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。 4.2电路设计制作 4.2.1带通滤波电路设计 (1)根据设计要求,通带频率为300HZ~2.4KHZ,滤波器阶数不限,增益为 20dB,所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案,选择低通放大十倍。高通不放大。

ADS设计的带通滤波器

设计报告 学生: 课题:带通滤波器的设计与仿真 目录

摘要 (3) 一平行耦合微带线滤波器的理论基础 (3) 二、平行耦合微带线滤波器的设计的流程图 (4) 三、设计的具体步骤 (5) 1、确定下边频和归一化带宽 (5) 2、在设计向导中生成原理图 (6) 3、平行耦合微带线带通滤波器设计 (7) 4、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图 (8) 四、心得体会 (14) 五、参考文献 (14) 带通滤波器的设计与仿真

摘要: 介绍一种借助ADS( Advanced Des ign SySTem )软件进行设计和优化平行耦合微带线带通滤波器的方法,给出了清晰的设计步骤,最后结合设计方法利用ADS给出一个中心频率为2.4 GHz,相对带宽为9%的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果,仿真结果表明: 这种方法是可行的,满足设计的要求。 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 一、滤波器的介绍 (1)波器可以分为四种:低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器 按照滤波器的制作方法和材料,射频滤波器又可以分为以下四种: (2)波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器 (3)滤波的性能指标: 频率范围:滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减:滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减:取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带:有分布参数的频率周期性引起,在通带的一定外有产生新的通带 二、平行耦合微带线滤波器的理论基础 当频率达到或接近GHz时,滤波器通常由分布参数元件构成,分布参数不仅可以构成低通滤波器,而且可以构成带通和带阻滤波器。 平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成,由于两个传输线之间电磁场的相互作用,在两个传输线之间会有功率耦合,这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器,这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成,她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时,由于传输线之间电磁场的相互作用,在传输线之间会有功率耦合,这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论,每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z 0,相互耦合的部分长度为L,微带线的宽度为W,微带线之间的距离为S,偶模特性阻抗为Z e,奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性,但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联,级联后的网络可以具有良好的滤波特性。

高阶低通滤波器的设计

高阶低通滤波器的设计

目录 前言 (2) 1 滤波器 (2) 1.1 滤波器的原理 (2) 1.2 滤波器的发展过程 (3) 1.3滤波器的分类 (4) 2 仿真软件MATLAB (7) 2.1 MATLAB发展历史 (7) 2.2 MATLAB功能 (8) 2.3 MATLAB优势和特点 (10) 3 方案设计 (13) 3.1 低通滤波器的介绍 (13) 3.2巴特沃斯滤波器的基本理论 (13) 3.3 低通巴特沃斯滤波器的设计 (15) 4 滤波器的仿真 (16) 4.1 仿真程序 (16) 4.2 仿真实现 (17) 5 总结 (19) 参考文献.. (20)

基于MATLAB的高阶低通滤波器的设计与仿真 学生:陆也(指导教师:张大雷) (淮南师范学院电气信息工程学院) 摘要:滤波器在现代通信领域内有很广泛的应用,本文利用MATLAB的butter涵数设计了8阶的巴特沃斯低通滤波器,并进行了仿真。仿真输入信号采用的是三个 不同频率正弦信号的合成。将合成后的信号通过低通滤波器,实现了对高频信 号部分的过滤。采用MATLAB设计滤波器,使原来非常复杂的程序设计变成 了简单的函数调用MATLAB信号处理工具箱为滤波器设计及分析提供了非常 优秀的辅助设计工具。 关键词:低通;滤波器;MATLAB Design and Simulation of the High-level Low-pass Filter Based on MATLAB Student: LU Ye (Faculty Adriser: ZHANG DaLei) (Department of Electrical and Information Engineering, Huainan Normal University) Abstract:Filter is widely used in the field of modern communication, this paper designed 8 order Butterworth low pass filter using butter culvert MATLAB, simulation is carried out. Simulation of the input signal is used in the synthesis of three different frequency sine signals. The combined signal through a low pass filter, the high-frequency signal portion of the filter. Using the MATLAB filter design, make the program design of the original complex into simple function calls the MATLAB Signal Processing Toolbox provides aided design tool is very good for the design and analysis of filter. Key words:Low pass; filter; MATLAB 1

带通滤波器的设计与制作

滤波器电路设计实验报告 院系:物理科学与技术学院 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师:杨鸣 2013年12月20日

目录 0、设计要求 (1) 1、电路基本模型的选择以及参数的计算。 (1) 2、电路元件参数的计算 (4) 3、Multisim仿真 (5) 4、器件的选择 (8) 5、Protel制板 (9) 6、体会 (9)

一、电路基本模型的选择以及参数的计算。 (1)选择有源滤波器 有源滤波器:由有源器件构成的滤波器。 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。 (2)滤波电路传递函数 分为:低通(LPF )、高通(HPF )、带通(BPF )、带阻(BEF )、全通(APF ) 理想滤波电路的频响在通带内具有一定幅值和线性相移,而在阻带内其幅值为0。实际电路往往难以达到理想要求。 根据不同要求,常用低通有三种: 巴特沃斯滤波器通带最平坦,阻带下降慢。 切比雪夫滤波器通带有纹波,阻带下降较快。 贝塞尔滤波器通带有纹波,阻带下降慢,且群时延恒定,失真小。 我们选择通带平坦的巴特沃思滤波器 n 阶巴特沃思传递函数。 ()A j ω= n: 阶数 ωC :3dB 截止角频率 A0:通带电压增益 0|()|1()()10 n n c A j A ωωω≈= 026lg 220 A n A ?=-=≈ 因此本电路采用二阶巴特沃思低通滤波器与二阶巴特沃思高通滤波器级联而成。 基本框图如下

带通滤波器设计

¥ 实验八 有源滤波器的设计 一.实验目的 1. 学习有源滤波器的设计方法。 2. 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3. 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 ; 二.预习要求 1. 根据滤波器的技术指标要求,选用滤波器电路,计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果,写出设计报告。 3. 制定出实验方案,选择实验用的仪器设备。 三.设计方法 , 有源滤波器的形式有好几种,下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为: n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω , n=1,2,3,. . . (1) 写成: n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω (2) )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数, C A uo 为截止角频率,n 称为滤波器的阶。从(2) 式中可知,当=0时,(2)式有最大值1; 。 =C 时,(2)式等于,即A u 衰减了 n=2 3dB ;n 取得越大,随着的增加,滤波器 n=8 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。如图1所示。 0 C

当 >> C 时, n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( (3) 图1低通滤波器的幅频特性曲线 两边取对数,得: lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ (4) 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。 [ 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s 》 3 )1()1(2+?++L L L s s s 4 )184776.1()176537.0(2 2++?++L L L L s s s s 5 )1()161803.1()161807.0(22+?++?++L L L L L s s s s s 6 )193185.1()12()151764.0(222++?++?++L L L L L L s s s s s s [ 7 )1()180194.1()124698.1()144504.0(2 22+?++?++?++L L L L L L L s s s s s s s 8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++?++?++?++L L L L L L L L s s s s s s s s 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中,S L = c s ω, C 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器,其传递函数: c c uo u s A s A ωω+= )( (5) 归一化的传递函数: 1 )(+= L uo L u s A s A (6) 对于二阶低通滤波器,其传递函数:2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = (7) >

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