帶通濾波電路設(shè)計實驗報告

1、XXX大學(xué)課程設(shè)計報告  課程名稱：  模擬電子電路課程設(shè)計 設(shè)計題目： 300Hz3KHz帶通濾波電路 院 （部）： 專    業(yè)： 學(xué)生姓名:     學(xué)    號:  指導(dǎo)教師: 第一章1、 引言 測量和分析工程信號時，往往只需對特定頻率或者特定頻率范圍的信號進(jìn)行測量和分析，但在實際工程信號中，往往包含各種各樣的干擾信號或者說是人們不感興趣的信號。為了消除這些信號所產(chǎn)生的不良影響，人們最先想到的就是利用一個理想的濾波器，將這些干擾

2、信號全部剔除。本文將以二階有源帶通濾波器為例熟悉濾波的原理并掌握其相關(guān)的應(yīng)用。2、 濾波器的簡介1濾波器是一種只傳輸指定頻段信號，抑制其它頻段信號的電路。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種： 1.1無源濾波器:   由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成 1.2有源濾波器:   一般由集成運放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，由于集成運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用

3、于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。 2.從功能來上有源濾波器分為：   低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、   帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、   全通濾波器（APF）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實用電子電路中，還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。3、 主要設(shè)計要求利用

4、Multisim仿真平臺試設(shè)計一有源帶通濾波器，要求為能低于300Hz和高于3KHz的信號，整個帶通增益為8dB,在30Hz和300KHz處幅頻衰減應(yīng)不小于26dB。1. 畫出電路圖，說明工作原理，寫明電路參數(shù)及計算過程2. 進(jìn)行電路仿真，仿真結(jié)果要求為帶通濾波器的幅頻和相頻特性3. 在Multisim中，在電路輸入端輸入一正弦信號，幅值不變，改變頻率，利用示波器觀察輸入輸出波形，做出波特圖。第二章一、 電路設(shè)計和分析f>fLv0，fL<f<fH低通濾波電路vi高通濾波電路1、 電路組成原理高通截止角頻率L=1R1C1，高通截止頻率fL=12R1C1低通截止角頻率H=1R3C

5、3，低通截止頻率fH=12R3C3L必須小于H 2、傳遞函數(shù)2.1二階高通濾波電路二階高通濾波電路的傳遞函數(shù)As=AVfS2s2+cQ+c2，式中c=1RC，Q=13-Avffc=12RC 2.2二階低通濾波電路二階低通濾波電路的傳遞函數(shù)As=AVfc2s2+cQs+c2，式中c=1RC，Q=13-Avffc=12RC3、電路電路形式與元件參數(shù)的確定3.1電路形式的確定因為阻帶十倍頻程衰減要求不少于26dB，而一階帶通濾波電路每十倍頻程衰減只有20dB達(dá)不到衰減要求，二階帶通濾波電路每十倍頻程衰減40dB滿足阻帶衰減要求，所以濾波電路選用二階帶通濾波電路。3.2電路元件參數(shù)的確定3.2.1二階

6、高通濾波電路參數(shù)的確定根據(jù)巴特沃斯濾波電路階數(shù)n和增益的關(guān)系表可知，一級高通濾波電路和一級低通濾波電路串聯(lián)形成一個一級帶通濾波電路時，每一級的增益都為1.586，即4.006dB所以Av1=1+R3R4=1.586，選定R3=10K,則R4=17K由fL=12R1C1=300Hz,選定R1=R2=10K，則C1=C2=53nF進(jìn)行仿真，幅頻特性曲線如下圖 為滿足實際應(yīng)用情況保證300Hz3kHz的信號能夠全部通過，將下限頻率降低1.7%fL實際=fL×(1-1.7%)=300Hz×(1-1.7%)295Hz,此時fL實際=12R1C1=295Hz,選定R1=R2=10K，則

7、C1=C2=54nF電路如下： 進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：此時中頻段增益為4.01dB,符合增益要求，295.64Hz處增益為0.95dB,4.01dB-0.95dB=3.06dB3dB，滿足調(diào)整后fL實際=fL×(1-1.7%)=300Hz×(1-1.7%)295Hz截至頻率處增益下降3dB的要求。相頻曲線如下：3.2.2二階低通濾波電路參數(shù)的確定由可知，每一級的增益都為1.586，即4.006dB.所以Av2=1+R7R8=1.586，選定R8=10K,則R7=17KfH=12R5C4=3KHz,選定R5=R6=10K，則C4=C3=5.3nF進(jìn)行仿真，幅頻特性曲線如下圖為滿

8、足實際應(yīng)用情況，將上限頻率提高3.3%，此時fH實際=fH×(1+3.3%)=3KHz×(1+3.3%)3100Hz,此時fH實際=12R5C4=3.1KHz,選定R5=R6=10K，則C4=C35.13nF電路如下：進(jìn)行仿真，幅頻曲線如下圖：此時中頻段增益為3.97dB,符合增益要求，3.11kHz處增益為0.97dB,3.97dB-0.97dB=3dB，滿足調(diào)整后fH實際=fH×(1+3.3%)=3kHz×(1+3.3%)3.1kHz截至頻率處增益下降3dB的要求。相頻曲線如下：4.電路整合將二階高通濾波電路和二階低通濾波電路串聯(lián)，形成二階帶通濾波電

9、路，電路如下圖所示：二、芯片的選擇一片TL082芯片中有兩個運放，正好符合本濾波器所需運放的個數(shù)，其具有4M帶寬，高輸入阻抗，失調(diào)電流低，與OPA690、OPA680相比，能力差一點，但TL082價格較便宜，且完全可滿足本設(shè)計的所有要求，綜合考慮選用TL082第三章1、 實驗結(jié)果分析 1、設(shè)計結(jié)果 將整合后的電路進(jìn)行仿真，幅頻特性如下圖：1. 通帶增益為7.96dB，達(dá)到整個帶通增益為8dB的要求。2. 在上限頻率fH=3.1KHz處和下限頻率fL=295Hz處，增益約為4.97dB，7.96dB-4.97dB=2.99dB3dB，滿足截至頻率處增益下降3dB的要求，達(dá)到300Hz3KHz的帶

10、寬和通頻帶要求。3. 在f1=30Hz和f2=30KHz處，增益約為-31.48dB。7.96dB+31.48dB=39.44dB40dB,符合二階濾波電路每十倍頻程衰減40dB的衰減特性， 達(dá)到在30Hz和300KHz處幅頻衰減應(yīng)不小于26dB的要求。相頻特性如下：4、 遇到的問題一開始誤認(rèn)為一級高通濾波電路與一級低通濾波電路相連，高通濾波電路為第一級，低通濾波電路為第二級，形成一個二級帶通濾波電路。概念的錯誤，導(dǎo)致設(shè)計時高通和低通的增益不對。進(jìn)行仿真時得不到正確的幅頻特性曲線。 3、解決方法一級高通濾波電路與一級低通濾波電路相連形成的是一級帶通濾波電路，所以高通和低通的電路的增益都應(yīng)為1.586，即4.006dB。修改每一級的電路增益為1.586。第四章 1、設(shè)計優(yōu)缺點 巴特沃斯濾波器與切比雪夫濾波器相比，它在通頻帶內(nèi)外都有平穩(wěn)的幅頻特性，但有較長的過渡帶，在過渡帶上很容易造成失真。 2、課程總結(jié) 模電課程設(shè)計是模擬電路學(xué)習(xí)的實踐課程，通過該課程的學(xué)習(xí)，我體會到理論要與實踐結(jié)合才能發(fā)揮作用，只學(xué)習(xí)理論