二阶高通有源滤波器材料.doc

模拟电子技术课程设计报告书 课题名称 二阶有源高阶滤波器的设计 姓 名 谢祥丹 学 号 1412501-08 院、系、部 通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师 蒋冬初 2016年1月14日 一、设计任务及要求： 设计任务： 设计一个二阶高通有源滤波器 要 求： 1. 设计一个下限截止频率为21kHz二阶高通滤波器。 2. 采用Multisim 12.0仿真电路，并进行验证和完善所设计方案。 3. 完成设计实验报告。 4. 学习相关的一些理论知识。 指导教师签名： 2016 年1月 14 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： 2016年 月 日 （2）学会二阶有源滤波电路的快速设计方法。（3）掌握二阶有源滤波电路的调试及幅频特性和相频特性的测试方法。 2 设计思路 （1）设计一个下限截止频率为21kHZ二阶有源高通滤波电路。 （2）选择合适的运算放大器以及合适的电容电阻，并使之构成完整的电路图。 （3）进行相关的调试工作。 3 设计过程 二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路，二阶高通滤波器电路组成。总设计图如图1所示： 图1 总设计图 3.1方案论证 根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于25KHz的信号可以通过，而低于25kHz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数： 即 A(s)=A(vf)*S^2/(S^2+W(c)/Q*S+W(c)^2) 式中 W(c)=1/RC Q=1/(3-A(vf)) 电路中既引用了正反馈，又引入了负反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱；当信号趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up(s)趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因为负反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1,R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽的优点。电路中C、R构成反馈网络 3.2电路设计 （1）设计原理二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。二阶高通滤波器的理想物理模型如图2所示 图2 二阶高通滤波器的理想电路图 （2）设计分析 二阶有源高通滤波电路图如图2所示，由图可见，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 二阶有源高通滤波电路： a.通带增益 A(vp)=1+R(f)/R1 b.传递函数 A(s)=(sCR)^2*A(vp)/[1+(3-A(vp)*sCR+(sCR)^2] c.频率响应 令f0=1/2*pi*CR Q=1/(3-A(vp)) 则可得出频率响应表达式 Ar=A(vp)/[1-(f0/f)^2+j(1/Q)*(f0/f)] (3)参数计算 电容器C1、C2的容量应在纳法数量级上，电阻的阻值应该在几百千欧以内。 现选择电容大小C1=C2=5nf,则根据公式可得： R=1/[2*pi*fL*C]=1/(2*3.14*21000*0.000000005)=1.516千欧，选择电阻1.55千欧。与计算时有一点误差，所以，可能导致截止频率比21KHz稍有偏差。所以选择：R=Ro=1.3千欧，C1=C2=5nf,Rf=5千欧，R1=10千欧 则： Ao=1+Rf/R1=1.5 (符合A(vp)3,能稳定工作) 4 调试与结果 组装二阶有源滤波电路。其中： R1=10千欧 R=Ro=1.55千欧 Rf=5千欧 C=C1=C2=5nf 仿真电路图如图3 图3仿真电路图 （2）波特仪显示结果如图4所示 图4仿真结果 由图4可知，此电路对20KHz以下的信号具有一定的过滤作用，对20kHz以上的信号可以完全通过。此外，由于受运放增益带宽积为有限值的影响，高通滤波器的幅频响应有所下降 当输入信号为22kHz，10V时示波器显示结果如图5所示 图5 仿真结果 当输入信号为120Hz，10V时示波器显示结果如下图6所示 图6 仿真结果 根据图5和图6的对比可知，此电路对21KHz以上的信号可以通过，对20KHz以下的信号有一定的抑制作用。 5主要仪器与设备 一个波特仪 一个示波器 一个运算放大器 两个5nf的电容 两个1.55千欧的电阻，一个5千欧的电阻，一个10千欧的电阻 函数信号发生器一个 6设计体会与建议 6.1设计体会 对于二阶