帶通濾波電路設(shè)計(jì)

1、一設(shè)計(jì)要求（1）信號(hào)通過頻率范圍f在100 Hz至10 kHz之間；（2）濾波電路在1 kHz的幅頻響應(yīng)必須在±1 dB范圍內(nèi)，而在100 Hz至10 kHz濾波電路的幅頻衰減應(yīng)當(dāng)在1 kHz時(shí)值的±3 dB范圍內(nèi)；（3）在10 Hz時(shí)幅頻衰減應(yīng)為26 dB，而在100 kHz時(shí)幅頻衰減應(yīng)至少為16 dB。二電路組成原理由圖（1）所示帶通濾波電路的幅頻響應(yīng)與高通、低通濾波電路的幅頻響應(yīng)進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)低通與高通濾波電路相串聯(lián)如圖（2），可以構(gòu)成帶通濾波電路，條件是低通濾波電路的截止角頻率WH大于高通電路的截止角頻率WL，兩者覆蓋的通帶就提供了一個(gè)帶通響應(yīng)。 圖（1） 低通

2、截止角頻率 高通截止角頻率必須滿足WL<WH 圖（2）3 電路方案的選擇參照教材10.3.3有源帶通濾波電路的設(shè)計(jì)。這是一個(gè)通帶頻率范圍為100HZ-10KHZ的帶通濾波電路，在通帶內(nèi)我們設(shè)計(jì)為單位增益。根據(jù)題意，在頻率低端f=10HZ時(shí)，幅頻響應(yīng)至少衰減26dB。在頻率高端f=100KHZ時(shí)，幅頻響應(yīng)要求衰減不小于16dB。因此可以選擇一個(gè)二階高通濾波電路的截止頻率fH=10KHZ,一個(gè)二階低通濾波電路的fL=100HZ，有源器件仍選擇運(yùn)放LF142，將這兩個(gè)濾波電路串聯(lián)如圖所示，就構(gòu)成了所要求的帶通濾波電路。由教材巴特沃斯低通、高通電路階數(shù)n與增益的關(guān)系知Avf1=1.586，因此，

3、由兩級(jí)串聯(lián)的帶通濾波電路的通帶電壓增益（Avf1）2=（1.586）2=2.515,由于所需要的通帶增益為0dB,因此在低通濾波器輸入部分加了一個(gè)由電阻R1、R2組成的分壓器。 圖（3）3 元件參數(shù)的選擇和計(jì)算在選用元件時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮元件參數(shù)誤差對傳遞函數(shù)帶來的影響。現(xiàn)規(guī)定選擇電阻值的容差為1%，電容值的容差為5%。由于每一電路包含若干電阻器和兩個(gè)電容器，預(yù)計(jì)實(shí)際截止頻率可能存在較大的誤差（也許是+10%）。為確保在100Hz和10kHz處的衰減不大于3dB.現(xiàn)以額定截止頻率90Hz和1kHz進(jìn)行設(shè)計(jì)。前已指出，在運(yùn)放電路中的電阻不宜選擇過大或較小。一般為幾千歐至幾十千歐較合適。因此，選擇低通級(jí)

4、電路的電容值為1000pF，高通級(jí)電路的電容值為0.1F，然后由式可計(jì)算出精確的電阻值。對于低通級(jí)由于已知c=1000pF和fh=11kHz,由式算得R3=14.47k,先選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值R3=14.0k.對于高通級(jí)可做同樣的計(jì)算。由于已知C=0.1F和fL=90Hz，可求出R7=R818k 考慮到已知Avf1=1.586，同時(shí)盡量要使運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端對地的直流電阻基本相等，現(xiàn)選擇R5=68k，R10=82k,由此可算出R4=(Avf1-1)R539.8k,R9=(Avf1-1)R1048k，其容差為1。設(shè)計(jì)完成的電路如圖所示。信號(hào)源vI通過R1和R2進(jìn)行衰減，它的戴維寧電阻是R1和R2的并聯(lián)值，這個(gè)電阻應(yīng)當(dāng)?shù)扔诘屯?jí)電阻R3(=14k)。因此，有由于整個(gè)濾波電路通帶增益是電壓分壓器比值和濾波器部分增益的乘積，且應(yīng)等于單位增益，故有kk。4 電路仿真分析1.設(shè)計(jì)好電路后，根據(jù)電路圖進(jìn)行仿真。仿真圖如圖（4） 圖（4）2. 仿真電路調(diào)試及測試結(jié)果（紅線為輸入，黃線為輸出） 圖（5）仿真圖（1） 輸入100HZ，Vpp=5v正弦波 圖（6）（2） 輸入300HZ，Vpp=5v正弦波 圖（7）（3） 輸入1000HZ，Vpp=5v正弦波 圖（8）（4） 輸入3KHZ，Vpp=5v正弦波 圖（9）（5）輸入30KHZ，Vpp=