电子系统仿真实验报告V10.doc

XXXX大学本科实验报告 题目：有源带通滤波器 课程名称：__________________ 学院（系）：_________________ 专 业：____________________ 班 级：____________________ 学生姓名： __________________ 学 号：____________________ 完成日期： __________________ 成 绩：____________________ 201X 年 12 月 20 日 实验目的 设计一个有源带通滤波电路. 要求: 信号通过频率范围在100Hz到10kHz之间； 滤波电路在1kHz的幅频响应必须在±1dB范围内，而且在100HZ至10kHz滤波电路的幅频衰减当在1KHz时值的±3dB范围内； 在10Hz时幅频衰减应为26dB，而在100kHz时幅频衰减至少为16dB。 实验原理和内容 电路组成原理 带通滤波器是由低通滤波器和高通滤波器串联组成的，条件是低通滤波器的截止频率ωH大于高通滤波器的截止角频率ωL，两者覆盖的带通就提供了一个带通相应。 |A| 低通 ω 0 ω 高通低通 |A| 高通 低通 VO 高通 ω 0 ω |A| 带通 ω 0 ω 带通滤波器电路构成示意图 (b) (2)、这是一个带通频率范围约为100Hz—10kHz的带通滤波电路。根据题意，在10Hz时幅频衰减应为26dB，而在100kHz时幅频衰减至少为16dB。因此可以选择一个二阶低通滤波电路的截止频率?H=10kHz，一个二阶高通滤波器的截止频率 ?L=100Hz，有源器件采用运放CF412，将这两个滤波电路串联如图(a)所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由表可以找到二阶巴尔沃斯滤波器的AVF1=1.586,因此，由两级串联的带通滤波器的带通电压增益（AVF1）2=(1.586)2=2.515,由于所需要的带通增益为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。 元件参数的选择和计算 在选用元件时，应当考虑由于原件参数值误差对传递函数存在影响。现规定选择电阻值的容差为1%，电容值的容差为5%。由于每一电路包含若干电阻器和两个电容器，预计实际截止频率可能存在较大的误差（也许是±10%）。为确保在100HZ和10KHz处的衰减不大于3dB。现以额定频率90Hz和11kHz进行设计。 前已经指出，在运放电路中的电阻不宜选择过大或太小。一般为几千欧至几十千欧较合适。因此，选择低通滤波电路的电容值为1000pF，对于高通级电路的电容值为0.1μF。然后由式ωc=1/(RC)可计算出精确的电阻值。 对于低通级，由于已知C=1000pF和?H=11kHz，由式 ωc=1/(RC)算得R3=14.47kΩ,现选择标准电阻值R3=14.0kΩ。对于高通级可作同样的计算。由于C=0.1μF和?L=90Hz,可以求得R7=R8≈18KΩ。 考虑到已知AVF1=1.586，同时尽量要使运放同相输入端和反相输入端对地的直流电阻基本相等，现选择R5=68KΩ，R10=82KΩ,由此计算出R4=(AVF1-1)R5≈39.8KΩ, R9=(AVF1-1)R10≈48KΩ,其容差为1%。 设计完成的电路如图（a）所示。信号源νI通过R1和R2进行衰减，它的戴维宁电阻是R1//R2，这个电阻应当等于低通级电阻R3(14KΩ)。因此，有 R1R2/(R1+R2) ≈R3=14KΩ （1.1） 由于整个滤波电路通带增益是电压分压器比值和滤波器部分增益的乘积，且应等于单位增益，故有 R2/(R1+R2)*(AVF1)2=R2/(R1+R2)*2.515=1 (1.2) 联解式（1.1）和（1.2），并选择容差为1%的额定电阻值，得R1=35.7KΩ和R2=23.2KΩ。 主要仪器设备 本实验用Multisim 10.0 进行仿真。 实验步骤及操作方法 在Multisim 10.0 软件上连好如图所示的电路。 为确保电路参数满足技术要求，用蒙特卡洛方法，随机地对图示电路元件参数输入信号νI选择20组不同频率输入，在示波器上观察输出信号的频率和振幅，做出带通滤波器的幅频响应曲线。 实验数据记录和处理 （1）实验截