有源滤波器设计报告Word文件下载.docx

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（按工作频率的不同）

低通滤波器：

允许低频率的信号通过，将高频信号衰减。

高通滤波器：

允许高频信号通过，将低频信号衰减。

带通滤波器：

允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号减。

前言…………………………………………………………………2

第一章语音滤波器设计书………………………………………4

1.1设计目的…………………………………………………………………4

1.2技术指标…………………………………………………………………4

1.3设计要求…………………………………………………………………4

第二章滤波器的传输函数与性能参数…………………………5

2.1RC有源滤波器幅频特性………………………………………………5

2.2二阶RC滤波器的传输函数……………………………………………6

第三章滤波器的快速设计方法…………………………………8

3.1滤波器性能参数的表达式……………………………………………8

第四章设计原理与步骤…………………………………………9

4.1二阶低通滤波器设计……………………………………………………9

4.2高通滤波器的设计……………………………………………………10

第五章测试验证………………………………………………13

5.1测试上限频率……………………………………………………………13

5.2测试下限频率……………………………………………………………14

附录…………………………………………………………………17

一、EWB仿真…………………………………………………………………17

二、Protel印制图……………………………………………………………17

心得体会……………………………………………………………20

使用器材……………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………22

第一章语音滤波器设计

1.1设计目的

1.学习有源滤波器电路的设计方法。

2.掌握二阶RC有源滤波器性能参数的测试技术。

1.2技术指标

截止频率Fh=2000HZ,Fl=200HZ,Av=4.阻带衰减速率为-40Db/10倍频。

1.3设计要求

1.设计一个满足要求的二阶有源滤波电路。

2.要求绘画出原理图，并用Protel画出印制板图。

3.根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数。

4.再万能版或面包板或PCB板上安装好电路并测试。

5.测量低滤波器性能参数，截止频率，带内增益Av和阻带衰减速率。

6.用EWB对电路仿真，并打印出幅频特性和相频特性曲线。

7.拟定测试方案和设计步骤。

8.写出设计性报告。

第二章滤波器的传输函数与性能参数

2.1RC有源滤波器幅频特性

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此范围以外得信号。

可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。

根据对频率范围的选择不同，可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器，它们的幅频特性如图2-1所示。

具有理想的幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的。

常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦响应切比雪夫等波动响应。

在不允许带内有纹波的应用中，采用巴特沃斯响应的滤波器较好。

如果给定阶数n和带内允许的偏差，采用切比雪夫响应的滤波器较好，因其阻带衰减速率比巴特沃斯响应的要大的多，但切比雪夫滤波器的相频特性比巴特沃斯的要差，如图2-2所示。

一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。

滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。

因为任何高阶的滤波器均可以用较低阶的滤波器级联实现。

图2-1滤波器的幅频特性

（a）低通（b）高通（c）带通（d）带阻

图2-2巴特沃斯相应与切比雪夫相应比较

（a）巴特沃斯幅频特性（b）巴特沃斯相频特性（c）切比雪夫幅频特性（d）切比雪夫相频特性

2.2二阶RC滤波器的传输函数

表2-1二阶RC滤波器的传输函数

实现表2-1所示传输函数的常数电路有电压控制电压源（VCVS）电路和无限增益多路反馈（MFB）电路，图2-3所示电路为压控电压源电路。

其中运算放大器为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。

故称这种电路为电压控制电压源电路。

其优点是电路性能稳定，增益容易调节。

图2-4所示电路为无限增益多路反馈电路，其中运算放大器为反相输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反相输入端可视为虚地，输出通过C2、R3形成两条反馈支路，故称这种电路为无限增益多路反馈电路。

其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节不太方便，对其它性能参数会有影响，其应用范围比VCVS电路要少。

图2-3压控电压源（VCVS）电路图2-4无限增益多路反馈（MFB）电路

第三章滤波器的设计方法

3.1滤波器性能参数的表达式

图2-3是二阶压控电压源低通滤波器的电路，其传输函数的表达式为

（3-1）

与表2-1低通滤波器传输函数的通用表达式相比较，可得滤波器性能参数的表达式为

（3-2）

（3-3）

（3-4）

在设计滤波器时，通常给定的性能指标有截止频率fc或截止角频率ωc,带内作用Av，以及滤波器的品质因数Q。

对于二阶低通（或高通）滤波器，通常取Q=0.707，如图（3-1）所示。

在设计中，如果仅由ωC、Av及Q这三个数求出电路中的所有R、C元件的值，是相当困难的。

通常是先设定一个或几个元件的值，再由式（3-2）~（3~4）建立方程组，求其图3-1幅频特性与Q的关系他元件值。

设定的元件参数越少，方程求解越难，但电路调整较方便，现在已经用计算机完成了方程组的求解，并将具有巴特沃斯响应、切比雪夫响应的n=2,3,…,8阶各种类型的有源滤波器的电路及所用的RC元件的值制成设计表，设计人员只需要查表九能得到滤波器的电路及RC元件的值，称这种查表法为有源滤波器的快速设计方法。

第四章设计原理与步骤

电路采用一级二阶低通与一级二阶高通滤波电路级联接。

电路根据二阶滤波器设计表设计，采用压控电压源电路。

单元电路设计

4.1二阶低通滤波器设计

其电路原理图如下:

表<

一>

二阶低通滤波器（巴特沃斯响应）设计表

压控电压源（vcvs）电路无限增益多路反馈（MFB）电路

1.由表得f=2kHZ时，取C=0.01uF，对应的参数K=5.满足K=100/fC.的要求。

2.由表可知当Av=2时电容C1=C=0.01uF；

K=1时，电阻R1=1.126K，R2=2.25K,R3=6.752K,R4=6.752K。

3.将上述电阻值乘以参数K=5,得：

R1=5.63K取标称值5.6K+0.03K

R2=11.25K取标称值11K+0.24K

R3=R4=33.76K取标称值33K+0.75K

4.2高通滤波器的设计

其原理图如下

电路元件值

设

计

表

Av

1

2

4

6

8

10

R1

1.422

1.126

0.824

0.617

0.521

0.462

R2

5.399

2.250

1.537

2.051

2.429

2.742

R3

开路

6.752

3.148

3.203

3.372

3.560

R4

9.444

16.012

23.602

32.038

C1

0.33C

C

2C

*:

电阻为参数K=1时的值，单位为K。

1.由表得f=200HZ时，取C=0.1uF，对应的参数K=5.满足K=100/fC.的要求。

2.由表可知当Av=2时电容C1=C=0.1uF；

K=1时，电阻R1=1.821K，R2=1.391K,R3=2.782K,R4=2.782K。

R1=9.105K取标称值10K

R2=6.96K取标称值6.8K

R3=R4=13.71K取标称值13.7K

语音滤波器的工作原理图如下：

第五章测试验证

5.1测试上限频率

由上图可知，当上限频率为4KHZ>

2KHZ时，其放大增益小于4，所以不符合设计要求。

5.2测试下限频率

同理可得，当下限频率为100HZ<

200HZ时，其放大增益也小于4，也不符合设计要求。

根据测量的截止频率、幅频特性、衰减速率列下表

截止频率

fL

fH

测量值

210Hz

2kHz

理论值

200Hz

幅频特性

输入信号

640Hz

1kHz

2.93

4.01

3.89

2.85

4.00

衰减速率

低频

高频

-27.5dB/10倍频

-29.4dB/10倍频

-40dB/10倍频

由上图和表可知，该电路的截止频率在200HZ与2KHZ之间，基本符合设计要求。

附录

一、EWB仿真

EWB仿真图形如下：

EWB仿真波形图如下：

二、Protel印制板图

在Protel中连接电路：

印制板图如下：

心得体会

通过这个实验，对设计有源滤波器的整个过程有了很好的掌握，通过对有

源滤波器的设计，熟悉了滤波器设计的一般原理，对滤波器有了一个感性的认识；

学会了有源滤波器设计的一般步骤.在这几个星期中，自己从啥都不知道到后来把模板做出来。

现在想想还真是那样，事情是做出来的，总是一味的想或等待是永远得不到结果。

有些事情刚开始你不想去做也害怕去做，但是一旦有了压力让你不得不去做的时候，你会发现其实也不是很难只要你有心去做在做。

总之，使理论联系了实际，巩固并深化了对课本基本知识的认识和理解，使理论得以升华。

使用器材

元件清单：

电阻9.89K1个

5.65K1个

6.80K1个

11.2K1个

12.96K2个

33.70K2个

电容0.1uF2个

0.01uF2个

芯片741芯片2个

万能板1块

参考文献

[1]童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础.3版.北京:

高等教育出版社，2001

[2]李祥臣，卢留声主编.模拟电子技术基础教程.北京:

清华大学出版社，2005

[3]焦宝文主编.电子设计基础课程设计指南.北京:

清华大学出版社,1984

[4]电子电路设计.试验.测试.湖北:

华中科技大学出版社