二阶高通滤波器的设计说明.docx

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二阶高通滤波器的设计说明

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前言

滤波器技术是现代技术中不可缺少的部分。

滤波器已大量渗入现代技术中。

很

难想象一个稍微复杂的电子设备不使用这样或那样的滤波器。

在现代通信和信号处

理方面，电话，电报，电视，无线电等只不过是以滤波器作为它们的重要部件的一

些例子而已。

滤波器是用来筛选信号的，它可以设定一定的门限值。

比如高通滤波器,它的

作用就是把低于设定值的信号虑掉，只让比设定值频率高的信号才可以通过，低

通滤波器的原理与高通类似。

用处非常大,它可以处理信号,虑去无用的干扰信号，

使信号满足自己的需要。

目前，滤波器被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪

器和设备中。

滤波器的应用频率范围极宽，有适用于低到零点几赫的滤波器，也有

高到微波波段的滤波器。

根据滤波频率的中心频率和其他要求的不同，滤波器中采

用各种谐振元件，电感、电容是最常用的谐振元件。

随着电子技术的发展，许多电

路和系统都要区分不同频率的信号，从而使滤波器的设计理论日趋完善。

滤波器的

种类很多，分类方法也不同。

1.从功能上分；低、带、高、带阻。

2.从实现方法上

分:

FIR、IIR3.从设计方法上来分：

Chebyshev（切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯）

4.从处理信号分：

经典滤波器、现代滤波器。

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第一章设计内容及要求

1.1设计任务及要求

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fc=100Hz

3．增益AV＝5；

1.1.1基本要求：

（1）在100HZ时的波形稳定，继续调节频率是幅值会适当的增大，当到达一定值

时保持稳定。

（2）调小频率到0时其幅值一直减小到0

（3）设计电路所需的直流电源可用实验室电源。

1.1.2设计任务及目标：

（1）根据原理图分析各单元电路的功能；

（2）熟悉电路中所用到的各集成芯片的管脚及其功能；

（3）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；

（4）写出完整、详细的课程设计报告。

1.2.3主要参考器件：

UA741电容电阻

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第二章系统设计方案

根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于100Hz的信号可以通

过，而频率低于100Hz的信号衰减。

即Au（s）=Uo（s）/Ui（s）=1/（1+sRC）

则可采用压控电压源二阶高通滤波电路，或无限增益多路反馈高通滤波电路。

2.1方案一

采用压控电压源二阶高通滤波电路，由直流电源供给（±12V）

电路如图1所示，其传输函数为：

Au（s）

Auos2

Auos2

1

（1Auo）

1

s

1

s

csc

s21

2

2

R2C1

R2C2

R1C1

C1C2R1R2

Q

归一化的传输函数：

Au（sL）

Auo

1sL

sL2

1

Q

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其中：

sL

通带增益：

c1

QR2C1

c，Q为品质因数。

s

R4

Auo1

R3

11

（1Auo）

R2C2R1C1

f0

1

2RC

Q

1

截止频率：

品质因数：

3Aup

2.2方案二

采用无限增益多路反馈高通滤波电路，由直流电源供给（±12V）。

电路如图2所示,该电路的传输函数为：

C1

s2

Auos2

Au（s）

C2

1C1

1

1

1

2

2

s

2

s

c

s

R2C2C3

C3

C2

C2C3R1R2

Q

c

归一化的传输函数：

Au（sL）

Auo

sL2

1sL1

Q

其中：

sL

c

通带增益：

C1

s

Auo

C3

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截止频率：

fc

1

2

R1R2C3C2

品质因数：

Q

（C1

C2

R1

C3）

C2C3R2

R1

Rf

C3

R2

uiC1C2uouiC1C2

uo

R4R3R3R1

图2-1压控电压源二阶高通滤波器图2-2无限增益多路负反馈二阶

高通滤波器

第三章参数设计、原理图

3.1参数计算

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1.压控二阶高通滤波器的设计

f0

1

2RC

由增益Av=5，Av=1+Rf/R1,

所以选R1=10K，Rf=40K欧姆的电阻,fp=100Hz,

，则选用C=0.2uf的瓷介电容，R3为5.6K欧姆的电阻，R4为20K欧姆的电阻，集

成块用UA741。

2.压控二阶高通滤波器的设计

由增益Av=5，Auo

C1

，所以选C1=51nF，C3=10nF

的瓷介电容，由

C3

1

fc

2R1R2C3C2

，则C2=200nF，R3=10K,R1=10K,R2=140K欧姆的电阻，集成块用UA741。

3.2总原理图

图3-1压控电源二阶高通滤波器

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图3-2无限增益多路负反馈高通滤波器

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第四章焊接、安装、及调试

4.1电路板的焊接和安装

工具：

电烙铁

在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查

元件位置是否正确。

检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件

不虚焊。

在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。

焊接完毕后用万用

表检查是否断路和短路。

4.2调试

工具：

万用表、示波器，信号发生器

按电路原理图连接好直流电源（±12V）、函数信号发生器、示波器。

调节函

数信号发生器使输出信号的幅值为100mv的正弦波（即有效值为70.7mv），打开

直流电源，调节好示波器后，用万用表测输出电压的有效值，再调节函数信号发生

器的频率。

从100HZ起调大频率再调小到0，看是否符合要求。

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第五章性能测试及实验结果分析

5.1性能测试与分析

5.1.1输出电压的测量

输入信号Ui=100mv（有效值为70.7mv），测量有效值为72mv。

改变频率测

输出电压，并且在通频带时的频率要取得密集一些。

表一压控高通滤波器的数据记录

频率f/Hz

20

60

80

90

95

100

110

输出电压14

130

214

227

238

253

287

Uo/mv

频率f/Hz

200

500

800

1K

20K

50K

100K

输出电压351

360

362

364

363

362

362

Uo/mv

表二无限增益高通滤波器的数据记录

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频率f/Hz

20

60

80

90

95

100

110

输出电压20

126

230

234

246

272

296

Uo/mv

频率f/Hz

200

500

800

1K

20K

50K

100K

输出电压356

368

375

373

375

375

373

Uo/mv

图5-1压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性

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图5-2无限增益二阶高通滤波器电路的幅频特性

5.2数据处理与误差计算

5.2.1压控的数据分析

在频率为高频时，U=（364+363+362+363）/4=363mv

输入电压Ui=72mv，则Av=U/Ui=363/72=5.04

相对误差：

s=（5.04-5）/5*100%=0.8%

当fp=100Hz时，Uo理论=360*0.707=254.5

实验测得Uo=253mv

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则相对误差为S=（253-254.5）/254.5*100%=-0.6%

5.2.2增益的数据分析

在频率为高频时，U=（373+375+375+373）/4=374mv

输入电压Ui=72mv，则Av=U/Ui=374/72=5.2

相对误差：

s=（5.2-5）/5*100%=4.0%

当fp=100Hz时，Uo理论=360*0.707=254.5

实验测得Uo=272mv

则相对误差为S=（272-254.5）/254.5*100%=6.0%

5.3误差分析

产生该实验误差的主要原因有：

1、输入信号不稳定会导致实验误差。

2、实际所使用的电阻、电容与理论值的误差。

3、函数发生器的输出误差，示波器的量化误差。

4、在参数设计时也会引入误差。

5、在计算过程中会引入计算误差。

6、焊接引起的误差。

结论与心得

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结论

1、由实验可知，当频率f为通带截止频率fp时，输出电压Uo约为最大输出电

压的0、707倍，即︱Au︱≈0.707︱AuP︱。

2、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于fp的信号，我们可

把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。

3、实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo时使

电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。

心得

我所做的实验相对于其他同学的实验来说，非常简单，电路也简单，焊接电路板

时也比较轻松，。

虽然简单，感觉自己还有很多东西要去学习，自己课本知识不是

学得很好，实验缺乏理论知识，所以，以后要加强理论知识的学习，并且电路焊接

技术也有待加强。

总之，实验已经做完了，总体还是满意的。

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参考文献

[1].童诗白、华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2009

[2].康华光.《模拟电子技术基础》北京：

高等教育出版社.2001年.

[3].谢自美.《电子线路设计实验测试》,华中科技大学出版社,2005年.

[4].华成英.《模拟电子技术基础》[M]，北京高等教育出版社，2001.

[5］肖景和.《电子线路设计·实验·测试（第三版》）[M].武汉：

华中科技大学出

出版社，2006

[6]沈精虎，《电路设计与制板》[M]》，北京人民邮电出版社，2007

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附录一芯片管脚图

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附录二元器件清单

元件序号（名

型号

主要参数

数量

备注

称）

集成块

UA741

2个

8管脚插槽

2个

电容

100nF

8个

10nF

1个

电阻

10K

3个

20k

3个

140K

1个

6K

1个

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附录三总设计图

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