编号：100509054025
本科毕业论文
题目：带通滤波器的设计及其PSPICE仿真
学院：物理与电子信息工程
专业：电子信息工程
年级： 10级
姓名：杨胜军
指导教师：孙丹丹
完成日期： 2014年5月26日
目录
一滤波器设计基础原理 (3)
1.1工作参数 (4)
1.2归一化频率和归一化阻抗 (8)
1.3梯形对偶网络 (10)
1.4四类滤波器简介及其简单比较 (10)
二带通滤波器的查表设计法 (12)
2.1低通滤波器的查表设计法 (12)
2.2带通滤波器的查表设计法 (16)
2.3带通滤波器的参数计算 (21)
三基于贝塞尔函数带通滤波器设计 (23)
3.1滤波器的设计思想 (23)
3.2滤波器的设计步骤 (23)
四仿真结果及其分析 (26)
4.1 PSPICE仿真软件及应用 (26)
4.1.1 PSPICE仿真软件概述 (26)
4.1.2 PSpice A/D软件的功能特点 (26)
4.2仿真结果分析 (27)
4.2.1幅频特性曲线 (27)
4.2.2波特图曲线 (27)
4.2.3群延迟特性 (28)
结论............................................... 错误！未定义书签。致谢 (30)
[参考文献] (29)
摘要
带通滤波器在通信系统中的应用极为广泛，由于科学技术的飞速发展，计算机技术及各类技术也急速增加，过滤技术的发展也得到了前所未有的平台。本论文的主要研究和设计性能优良的带通滤波器，经过学者们各类新型滤波器性能的研究，导致滤波器朝低功耗、高精度、小体积方向发展，滤波器的单片集成在70年代后期被研制出来并得到使用，到了今天滤波器的应用十分广泛，滤波器本身的质量也同时决定了最终产品的质量，所以更需要设计出满足大众需要的带通滤波器。
本论文的主要研究和设计性能优良的带通滤波器。论文介绍了贝塞尔函数来进行带通滤波器的设计验证，以中心频率为120MHz的带通滤波器为例，，在满足要求的同时也在经济性和制造程度上达到优良。论文进行仿真研究，结果显示该带通滤波器阻带衰减大，通带起伏小，由群延迟特性图中看出，在通带内延迟基本比较稳定，而显示出稳定的群延迟特性。并且文中还简单阐述了滤波器综合设计法的一些基本知识，归一化数值、工作参数、等。
关键词：带通滤波器仿真频率 PSPICE
Abstract
Band-pass filter in the communications system is very extensive, computer technology and the development of various techniques, filter technology development so that a new step and high-precision, low-power, small-footprint direction. Filter monolithic in the late 1970s were developed and widely over the time scholars are working to improve the various properties of the new filter. Today primarily devoted to the various types of filters applied to the product's development and research. Among the various types of communication systems, the filter application is very extensive, its merits directly determines the quality of products. Therefore designed to satisfy the condition and performance of the band-pass filter it is urgent.
This major work is to study and design of band-pass filter. This thesis validation to center frequency to 120MHz of band-pass filter, for example, describes based on Bessel functions for band-pass filter design, meet the requirements, but also in economic and manufacturing extent achieve excellence. Thesis using PSPICE OrCAD company's software on the design of band-pass filter for simulation, results show the bandpass filter passband litlle, stopband decay, in the Group delay characteristics can be seen in the figure, the band delay basic relatively stable, and showed the most stable group delay characteristics. The article also describes the filter integrated design of basic knowledge, including working parameters and normalized value, etc.
Key Words：band pass filter simulation frequency PSPICE
前言
我们的过滤器，经过半个世纪的发展，已经是一个飞跃的进步发展，生产，应用过滤器。。在实际情况不通的情况应用滤波器也不相同，根据具体的工作带宽和频率和相关的其它要求，从而可以选择相对应的滤波器种类。如果有不同的滤波器同时满足时，会根据实际情况进行不同的选择，所以滤波器的设计就变得更加重要，因为滤波器对系统的一些性能影响十分巨大，所以它的设计也就成为一项艰难而又有挑战的工作。现在滤波器的设计已经被人们重视，从而成为电子技术中的一个单独的课程。
滤波器的设计与硬件实现是相互关联的。简单地说，用分立器件实现和用集成器件实现的设计方法、难易程度肯定是不相同的。分立器件的设计方法主要有手算和软件辅助两种方法。早期的滤波器主要采用R,L,C等无源元件，缺点是在低频工作时电感体积大，Q值小且滤波效果不明显。后来，滤波器由R,C和运放组成，在体积和重量方面得到显著改善，但有源滤波器在音频范围内要求较大的电容和精确的RC时间常数，造成集成电路制造困难，甚至不可能制造。MOs集成电路的发展，出现了一种新的开关电容滤波器它是由MOs开关电容(SC)和MOs 运放组成的，这种滤波器的通带截止频率和通带增益都与电容之比有关。由于现代集成工艺进展飞速，这些电容制作越发精良，因此通带增益和截止频率都是十分的稳定，并且精准。由于滤波器应用于各类电路系统中，作为抑制或消除无用信号成分。传统的分立元件组成的无源滤波器有着很大的不足，所以寻找一种高精度可编程的通用滤波器变得十分重要。根据滤波方式不同，又可以分为低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波、全通滤波(移相)等，根据使用元件的不同，滤波器又可以分成集总参数元件滤波器和分布参数元件滤波器;根据有源无源又可分成有源滤波器和无源滤波器，并且随着滤波器技术的迅猛发展，种类也在不断地增多。
自六十年代到七十年代滤波器朝着小体积，高精度，多功能的方向发展，到了八十年代更注重各种新型滤波器的性能的研究，并得到更大的发展，从九十年代至今，研究者在对滤波器本身研究的同时，也在开发和研制滤波器对各种产品的应用。
一．滤波器设计基础原理
滤波器的理念是一个工程概念,它是根据富立叶的分析和变换而得出的。由高等数学得出，当信号满足了一定的条件，可以看成是由无限个正弦波叠加而成的。工程信号是由不同频率的正弦波线性叠加而成的,信号的频率成分是由不同频率组成信号的正弦波。阻止另一部分频率成分通过的电路,同时允许一定频率范围内的信号成分正常通过，叫做滤波电路。
滤波器它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够正常通过的频率范围，称为通频带或者通带；而当信号完全被抑制或者受到很大衰减的频率范围就称为阻带；阻带和通带之间的分界频率称为截止频率；理想的滤波器在在阻带内的电压增益为零，通带内的电压增益为一个常数；实际滤波器的阻带和通带之间存在一定得频率范围过渡带。
实际上，不同的电子系统都有不同的频带宽度，而滤波器具体的工程应用电路是从电路参数对蒂娜路频带宽度的影响从而设计出来的，频率特性反映出了电子系统的这个特点。
1.1工作参数
在这中所涉及的个工作参数定义如下：
图 1-1
图1-1显示的是一个无耗LC 滤波器，这个负载电压的象函数为U(s)2，激励电动势的象函数（拉氏变换）为U(s)0,图中的S 的信号源是广义复频率，它的内阻和负载都是纯电阻，分别为R1和R2，所以传输函数T （s ）的定义为：
)
()(*4)(2
01
2S S S T U
U R R =
（1-1）
在正弦稳态激励下时，s=j ω , T(j ω)的模平方就为
R U j T 1
202
4)(=
ω/P
P
R
U m 2
2
2
2=
（1-2）
其中P2是负载实际所得到的功率Pm 是信号源可能供给的最大功率，他们分别为：
R U
P m 1
2
04=
（1-3）
R
U P 2
2
22
= (1-4)
显然：
2
)(ωj T 或1)(≥ωj T （1-5）
当P P m =2时，1)(≥ωj T ，这个时候就会实现最大的功率输出，)(ωj T 值越大表示传输过程中的损失最大。)(ωj T 可以用指数形式表示：
)(ωj T =e
j )
(?α+ （1-6）
其中，当分贝用dB 单位时，我们会以A(ω)显示它的衰减特性。而当奈贝的单位是NB 时，ln )(=ωα)(ωj T 称为滤波器的“有效衰减”，“工作衰减”特性。
A （ω）=10lg P
P m 2
=10lg )(lg 20)(2
ωωj T j T = （1-7）
?（ω）称为滤波器的相移特性（或称相位特性）
。 )()(ωω?j T ∠= （1-8）
同时，我们定义滤波器的相位时延如下:
t ?
(ω)=ω
ω?)( （1-9）
以及滤波器的称群时延(或包络时延):
t=ω
ω?d d )( （1-10）
图1-2就揭示了这包络时延和相位时延的区别，，这条表示的是常见的的低通滤波器的相位特性，在角频率ω处。
相位时延与包络时延以及相位特性都有确定的对应关系，包络时延比起相位时延具有更加广泛的意义，，包络时延的均衡主要使用的就是相位均衡技术。
只要一个（例如，包络延迟）可以从其他两个参数的计算，从而得到更广泛的应用，在Cauer 和Chebyshev 滤波器中会经常看到两个参数一个是驻波比V ，另一个是反射系数ρ，将这两个参数的定义为:
R
Z R Z s s s 1
1
1
1
)()()(+-=
ρ （1-11）
VSWR=????
???≤≥时（当（时（当R Z Z R R Z Z j j j 111
111
11))j ))
(ωωωω （1-12）
图中Z(s)将殿主R 接入滤波器的终端时，由1--1端输入阻抗，如图1-1所示。而Ρ与VSWR 之间关系可以确定为:
）
（）
（ωρωρj 1j 1-+=
VSWR （1-13） 这样可以证明
2
2
m
2
j 11j ）
（）（ωωρT P
P P m
-
=-=
（1-14）
这里P P m 2-因为ρ表示的是相对的反射量，所以表现的就是“反射回来”的功率,同时表示得是最大可能实际传输功率和传输功率的差值。
2
j ）（ωT =
2
j 11）
（ωρ- （1-15）
将(15)式代入（7），就会得到衰减A 与反射系数ρ的关系:
A=-10lg [
]2
1ρ-dB （1-16）
或
10
10
1A
--=ρ （1-17）
在逼近的问题上，特征函数K(s)比传输函数T(s)用得更广泛且更直接的一
个函数，它与传输函数T(s)之间有下列关系:
1s s 2
2
-=）（）（T K （1-18）
当s=j ω时，1j s 2
2-=）（）（ωT K 因此：
A=10lg ])(1lg[10)(2
2
ωωj K j T += （1-19）
由（1-19）式可以得到： 当2
)(ωj K =0 或)(ωj K =0时A=0
2
)(ωj K =∞ 或)(ωj K =∞时A=∞ （1-20）
由此可见特征函数K(s)的零点(即K(s)=0的根)就为传输极点衰减零点，也就是衰减零点;特征函数K(s)的极点(即1K(s)=0的根)就是衰减极点，也就是传输零点;所以代表了滤波器的最基本特征函数K(s)是能最直接地反映出滤波器的全部的衰减零点和极点，
理想低通滤波器的特征函数模平方2
)(ωj K 应该如图1-3所示为一矩形特性:也就是说在通带c ωω≤内，)(ωj K =0衰减为零A=0;在通带c ωω≥外，)(ωj K =∞衰减为无穷大A=∞。一个实际的滤波器是不能够实现理想的矩形特性，而实际的滤波器只能在一个连续的特性在一定程度上去接近这个矩形特性。简单那说，不同的接近准则，就会产生不一样的特征函数，就会导致滤波器的种类的不同。
图1-3理想低通滤波器的特征函数模平方
Figure 1-3 ideal low-pass filter characteristic function square modulu s
ωc
K
ω
1.2归一化频率和归一化阻抗
现实的滤波器为了满足广泛应用的不同的情况，所以只能按照一种基本的规格来设计，由于实际的滤波器有着不同的频率，带宽，以及不同数值的输入输出阻抗，也就是按归一化的阻抗和归一化的频率来设计的。下面将以一个实际的低通滤波器为例子，用它的通带截止角频率c ω去除所有的角频率ω。，然后得到一个新的角频率c
ωω
=
Ω以Ω代 ω，然后再一次代入这个滤波器的相关网络函数中去，最后就能得到一个在Ω坐标上的通带截止角频率永远为1的滤波器特性，如图1-4所示：
ωc
ω
Ap
A(ω)c
DB
ω
Ω坐标的截止角频率=
Ω1=c
c
ωω以上的频率变换称为对角频率，Ω称为归一化频率，c ω取归一化，。将频率坐标按比例缩小一个c ω倍是归一化的本质，换一句话说就是改变一下频率坐标的刻度单位。这种改变就能使标准的表格的制作更容易，因为滤波器具有一个统一的通带截止频率。
实际滤波器
归一化元件滤波器 图1-5阻抗归一化
Figure 1-5 impedance normalized
如图1-5所示，这个滤波器被称为归一化阻抗滤波器，它的电感值比原电感值就小了1R 倍，而它的电容值比原电容值大了1R 倍,其输入端电阻永远等于1，他是由一个实际的滤波器的所有元件阻抗都去除以同一个常数而得到的，而这个常数通常选择的是该滤波器的输入端电阻值1R ，从而得到的这个滤波器。这样就是归一化阻抗变换，而通过阻抗归一化之后的滤波器，所有特性都与原来的滤波器相同。而只需要进行简单的阻抗的反变换，就可以设计一个实际阻抗的滤波器。如果想要得到一个实际滤波器的输入端的电阻只需要将各归一化元件值分别乘以(对电感和电阻元件)或除以(对电容元件)任意所需的1R 值就可以了。
本文即将给出的滤波器，都是属于两端终结电阻对称的，其元件值和其他特性它们都是在归一化频率和归一化电阻下的数据，在此有关两端终接电阻不对称的滤波器暂时不说明。低通滤波器的归一化可以完成高通、带通及带阻滤波器的
归一化变换，文中将对带通滤波器的归一化变换作出简单的阐述。
1.3梯形对偶网络
滤波器都是由两种结构形式组成的，一种是Π型结构，另一种是T 型结构，分别如下图所示:
Ⅱ型结构滤波器 Ⅱ type filter structure
T 型结构滤波器 T-type structure filter
从以上两图就可以看出，对于同一个传输函数T(j ω)，可以求出两个不同确为共轭复数的两个反射系数)(21ωρj 、来，
根据这两个共轭复数的反射系数我们就可以得出以上两组结构的网络，称为对偶网络。这两个对偶网络的串接臂对应并接臂，电阻对应于电导,电感对应于电容,他们的数值都是不变的。
1.4四类滤波器简介
滤波器已经得到人们广泛的使用，用来不需要的信号和干扰，而最常用的就是Bessel 、Butterwo rth 、Chebyshev 和Cauer 这四种，他们各自有着不同的响应特性，下面将分别解释描述下。
(1)Bessel 滤波器是高斯类滤波器中的一种，它相位时延变化是最慢的，其通带内的包络时延也是最为平坦的，阻带内的衰减也不会显著增长。
(2)Butterworth滤波器在通带内的优点是具有最大平坦度的频率响应，但是缺陷其不够均匀，阻带内的衰减增长也是比较缓慢的，其衰减速率为每倍频程6ndb,其中n是滤波器的阶数，为了使更高，更平坦的通带，阻带衰减快
(3)Chebyshev滤波器(基于Chebyshev近似表达式)的衰减特性在通带内有等起伏的变化，在阻带内则随着频率的增加而单调增加，其阶数越多，通带内的起伏也就越多，阻带内的衰减增长也就越快。是通带衰减为最大点和点的最小数目，和一个相应的滤波器的节数，武器或元素的数目。
(4)Cauer滤波器与Chebyshev滤波器相比，过渡区内的衰减也显得十分陡峭,而且阻带衰减并不随频率的增加，呈现等起伏变化的，同时通带内也有同样等起伏的均匀变化，而且通带和阻带内的起伏其也是互相对应的。以上讨论的四类滤波器在性能上有着它们各自的特点，他们的优劣也不是绝对的，我们可以根据使用场合的不同要求来选用不同种类的滤波器。
二． 带通滤波器的查表设计法
由于带通滤波器的设计十分复杂，在这里我们只简单说明特性在频率坐标几何对称的滤波器,而对于几何不对称的带通滤波器在此就不说明了。这里说明的滤波器它是由低通原型导出，所以需要简单的介绍低通滤波器的设计方法。由于上文简单的介绍了几种常用的滤波器，这里就以Chebyshev 滤波器为例来简单的介绍滤波器的相关设计方法。
Chebyshev 滤波器有两个不同的参数，一个就是阶数n(当相同情况下的p A 要求下，n 越高，阻带衰减就会越快),另外一个是参数，它的波动的通带内衰减要求.本文中将列出Chebyshev 低通滤波器在归一化阻抗和归一化频率下的衰减特性曲线和衰减数值、元件数值、标称包络时延特性曲线和包络时延数值、以及相位特性曲线和相位数值、。利用以上的这些条件，就可以使滤波器的设计变得十分简单，只要进行简单的进行一定的变换，就能很轻易的利用查表来计算滤波器的各种特性，同时也可以得到参数。
2.1低通滤波器的查表设计法
如果要将实际的低通滤波器终接电阻R ，同时将一个归一化低通换算成一个截止频率为c f 、终接电阻为R 的实际低通滤波器，只需要进行如图中的频率变换即可:
Ω=*c ωω或c
c f f
=
=
Ωωω （2-1） (这里c ω是截止角频率c ω=2πf 、ω是实际角频率、而Ω是归一化角频率)。 实际所需要的滤波器就是要将公式(2-1)代到所有归一化低通的工作参数中去，从而就会得到，它是一个在实际频率坐标上标尺放大了c ω倍的滤波器。
同时，若将网络的所有阻抗乘以一个常数R ，就可以得到一个网络性不变的滤波器，它的归一化阻抗的滤波器是变换为终接电阻为R 的实际滤波器。根据以上变换，则有对于容抗:
~
11
Z Z
R = （2-2）
而 1
11
C j Z ω=， ~
1~
11c Z j ω=
并将（2-1）带进去，因此有
~1~
1
1
)(1c j R
c j R j c
c ωωω=
Ω=
由此得到：
~1~1*~1
~
1
1**21
C K C c c C R f c j c ==Ω=π （2-3）
同样对于感抗：
~
22Z Z
R =
~2~
22*)(**L j R L j R L j c
ωω
ω=Ω= （2-4）
~
2~22***21
L K L L L c R f ==π
这样就得到2个转换系数，电感转换系数:
c
L f R K π2=
电容转换系数：
R
f c C K *21π=
（2-5）
将给出的归一化电感乘以L K 就会得到所需要电感，同样用电容值乘以C K 就得到实际电容量。实际滤波器在Ω=*c f f 频率处的衰减和相位也就是滤波器在Ω处的衰减A(Ω)和相位? (Ω)。只有包络时延值？？不能直接使用，因为频率坐标的实际包络时延和归一化延迟是不一样的，从而鉴别的意义是不一样的：
ω
ωω?ωd d d d d d t ΩΩΩ=Ω=*)()()( （2-6）
代入（2-1）式：
c
c f
d d πωω21
1==Ω 因此： Ω
Ω=
d d f t c )(*21)(?πω （2-7）
这里特别指出,文中给出的包络时延数值和包络时延曲线都不是这个归一化
的包络时延ΩΩd d )
(?，文章所指出的是按照z c KH f 1=根据(2-7)式计算的时延，我
们以)(1Ωt 表示(图中该数值是用T 表示的)。
Ω
Ω=
Ωd d t )
(*10*21)(3?π （2-8）
所以对于任意一个低通滤波器的截止频率的包络延迟可以将(2-8)式代入(2-7)式求得:
c
t f t c
ωωω=ΩΩ=)(*)10()(13
当c f 用KHz 为单位时，就可直接得到:
)
(()(1Z c c
KH f f f t f t =
Ω=
（2-9） (2-9)式说明:实际截止频率为c f (KHz)的低通滤波器的包络时延值是用截止频率z c KH f 1=时的包络时延值1t 除以实际的截止频率c f (KHz)得到的。 举例：简单设计一个Chebyshev 低通滤波器，，终接电阻R =1 K Ω，反射系数P=20%,相应的通带起伏p A =0.177dB 。
按(2-5)式计算转换系数:
==
c
L f R
K π21061.3uH R
f R
K c C *2π=
=1061.3pH
表2-1是Chebyshev 低通滤波器的衰减(dB)
表2-2显示Chebyshev 低通滤波器的相位(度)
利用公式(1-9),在以上的表2-2中的数据可以计算出来相位时延?t 。但要由于表2-2中的相位的单位是度，需要转换成弧度，它的转换关系为：
f
t *360*3602*(（度）
（度）弧度）?ωπ?ω??=
==
（2-10） 按照(2-10)式可制得表2-3
表2-3Chebyshev 低通滤波器的相位时延
包络时延数值这个数值是按l KHz 的截止频率获得的(即1t 值)
从上表中你可以看到剧烈变化的衰减特性，包络时延变化大，所以截止频率附近，有一个峰值包络延迟。
2.2带通滤波器的查表设计法
带通滤波器可由低通滤波器导出，由于符号在变换过程中用到是十分多的，
图2-1带通滤波器的衰减特性
Figure 2-1 attenuation characteristics of the bandpass filter
图中：
p A --通带衰减起伏最大值，s A --阻带衰减起伏最小值 0f --几何中心频率，c f 、c f ---高端、低端截止频率
s f 、s f ---衰减达到高低端阻带边界频率，2f 、4f --高端的抑制频率 42--f f 、--低端相应的抑制频率，x f 、x f ---高、低端任意几何对称频率
c c c f f f --=?--截止带宽，x x x f f f --=?--对称频率之间的带宽
Ω--低通原型归一化角频率，β--导出带通的归一化角频率
~
C 、~L --低通原型归一化元件值，-C 、-
L --导出带通的归一化元件值
C 、L --实际元件值，0
2f R
K L π=
--电感转换系数 R
f K C *210π=
--电容转换系数，0
f f a c
?=
--相对带宽 低通变换频率转换，可以根据以下进行的：
)1(1ββj j a j +=
Ω 或 )1(1β
β-=Ωa （2-11） 由(2-11)式可见，对于β的正频域来看，Ω=0变换为β=1,Ω的正频域变换为β=1→∞，Ω的负频域变换为β=1→0,Ω由-∞→0→∞对应着β由0→1→∞及-∞→-1→0。所以得到一个在β坐标上，图2-2所展示就是以β=1为几何中心的归一化的带通特性。
图2-2带通滤波器的交换 Figure 2-2 exchange bandpass filter
由(2-11)式我们导出由Ω求β的关系式:
Ω=-
a β
β1
也即012=-Ω-ββa
我们取β的正值解(正频域)得到:
2
)2(
12Ω+Ω+=a a β 若以x β为对应x Ω的正值,而x Ω表示任意一个低通原型的归一化角频率，就
可以导出角频率x -β为对应-x Ω的正值导出角频率，然后由上式就可以得到:
有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州
摘要 该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容： 1．确定有源滤波器的上、下限频率； 2．设计符合条件的有源带通滤波器；- 3．测量设计的有源滤波器的幅频特性； 4．制作与调试； 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency
四川大学 电子信息专业实验报告 课程射频通信电路 实验题目射频实验 实验人许留留 2012141451075 实验时间周一晚上 带通滤波器
要求： 通带频率：4.8-5.2GHz 通带内波纹：<3dB 阻带抑制：>30dB （5.3GHz 处） 输入输出阻抗：50Ω 介质基板相对介电常数：2.65 计算过程： f 0=2f f L +H =5GHz Ω=??? ? ??f -f -f f f f f 000L H =1.467 按照设计要求，需要选用3dB 等波纹契比雪夫低通滤波电路。在归一化频率Ω=1.467处，需要具有大于30dB 的衰减。因此，要满足设计要求必须选用5阶 滤波电路。 设计电路图如下
采用优化的方式。 仿真步骤： 用微带线连接电路图，参数TL1=TL2，w=2.69mm，l=10.03mm （用ADS自带软件算出）。
由于CLin1=CLin6，CLin2=CLin5，CLin3=CLin4。设置9个变量L1，L2，L3；W1，W2，W3；S1，S2，S3。单位为mm。在V AR 1，中同样添加，初始值w设为1，l设为10，s设为1（l的长度约为 4 w和s大于0.2mm）。调节范围设置，L（9-11），W（0.2-3），S（0.2-3）。 从4GHz开始，到6GHz结束，步长为10MHz。 波形与带通滤波器较为形似则继续。
用OPTM来优化波形，设置两个GOAL，使频率在4.8-5.2GHz 间波纹大于-3dB，同时在5.3-5.4GHz间衰减小于-30dB。 按下仿真键开始仿真出现以下结果 波形图如下
目录 一．设计概述 二．设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三．设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四．所用器件 五．实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六．实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献
一．设计概述 根据允许的通过的频率范围，可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器4种。其中，带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过，其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中，信号能够通过的范围成为通频带或通带，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带，通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器，通带范围内则完全平坦，对传输信号基本没有增益的衰减作用，其次，通带之外的所有频率均能被完全衰减掉，通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW，上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下，为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力，可采用固定带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多场合，固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化，其中，参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器，经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二．设计任务及要求 1）设计任务 带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性，设计一个带宽检测电路，通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2）设计要求 （1）性能指标要求 1.输入信号：有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW
实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线
两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二
广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师
《综合设计性实验》预习报告 实验项目：选频网络的设计及应用研究 一 引言： 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的： （1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。 （2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 （3）学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理： 带通滤波器： 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π
通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容： 设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题： （1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 （2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器
二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络
目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)
经典 无源低通滤波器的设计
团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 目录 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3) 1.1理论分析 (3) 1.2电路组成 (4) 1.3一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5) 1.3.1正弦信号源仿真与实测 (5) 1.3.2三角信号源仿真与实测 (10) 1.3.3方波信号源仿真与实测 (15) 第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21) 2.1理论分析 (21) 2.2电路组成 (22) 2.3二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23) 2.3.1正弦信号源仿真与实测 (23) 2.3.2三角信号源仿真与实测 (28)
2.3.3方波信号源仿真与实测 (33) 第三章结论与误差分析 (39) 3.1结论 (39) 3.2误差分析 (40) 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析 滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。 低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。 图1RC低通滤波器基本原理图 当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。当输入
频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。此时的频率为滤波器的特征频率fc。 解出，得： 在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为： 因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为： 这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。按照定义，此时的频率称为特征频率。 1.2电路组成
有源滤波器实验报告文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
实验七集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)—有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图7－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图7－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图7－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图7－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图7－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。
带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L │A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为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。 模拟电子技术课程设计报告带通滤波器设计 班级：自动化1202 姓名：杨益伟 学号：120900321 日期：2014年7月2日 信息科学与技术学院 目录 第一章设计任务及要求 1、1设计概述------------------------------------3 1、2设计任务及要求------------------------------3 第二章总体电路设计方案 2、1设计思想-----------------------------------4 2、2各功能的组成-------------------------------5 2、3总体工作过程及方案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析 3、1各单元电路的选择---------------------------6 3、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路工作原理图及电路仿真结果 4、1总体电路工作原理图及元件参数的确定---------9 4、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试 5、1使用的主要仪器、仪表-----------------------12 5、2测试的数据与波形---------------------------12 5、3组装与调试---------------------------------14 5、4调试出现的故障及解决方法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进方向 6、1设计电路的特点及改进方向-------------------14 第七章电路元件参数列表 7、1 电路元件一览表---------------------------15 第八章结束语 8、1 对设计题目的结论性意见及改进的意向说明----16 8、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图) 参考文献 实验七 集成运算放大器的基本应用(n )—有源滤波器 一、 实验目的 i 熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、 实验原理 (a )低通 (b )高通 (c)带通 (d )带阻 图7—1四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过， 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。 可用在信息处理、数据传输、 抑制干扰等方面，但因受运算放 大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通 (LPF)、高通 (HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图 7— 1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的， 只能用实际的幅频特性去逼近理想的。 一般来说，滤波 器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高 ，幅频特性衰减的速率越快，但 RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶 RC 有 滤波器级联实现。 1、低通滤波器(LPF ) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号 如图7— 2 (a )所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路 组成，其中第一级电容 C 接至输出端，弓I 入适量的正反馈，以改善幅频特性。图 7—2 (b )为二阶低 通滤波器幅频特性曲线。 (a) 电路图 图7—2二阶低通滤波器 电路性能参数 ―1奈二阶低通滤波器的通带增益 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 (b)频率特性 1 2 T RC 带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号 201203090224 班级电信1202 时间 2014年10月 1.设计要求 设计带通为300Hz～10KHz的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理： 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数： 电容则 基准电阻， ，取标称值2400pF， ,取标称值14.7kΩ， ，取标称值14.7kΩ， ，取标称值7.32kΩ， ,取标称值6.04kΩ， ， ,取标称值0.013μF, ,取标称值3.01?Ω， 同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。 主要参数如下： 电容， ，取标称值10kΩ， ，取标称值27kΩ， ，取标称值3.9kΩ， ，取标称值62kΩ。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器 图3-2 低通滤波器 如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。 4仿真、分析 图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示，其输入的正弦信号的幅值均为2V，滤波器的仿真结果符合预期结果。 图4-1 时滤波器仿真结果 图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果 图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果 图4-4 下限截止频率 带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率，根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率，换算抑制频率与截止频率的比值，得出m 的值，然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言，引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入，输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器（如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer ）在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟（group delay ）。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候，描述比较简单，XL=L, XC=1/C ，计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征：通带平坦，阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢，直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ，其中，n 表示滤波器的阶数，octave 表示是频率的加倍。例如，3阶滤波器，将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化，使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点，这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式（Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ） ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值，以dB 为单位；Ω为抑制频率与截止频率的比值 例：假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有： 95.91020*1.0==Cn ；Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此，滤波器的阶数至少应该为4 电子系统设计实践 报告 实验项目带通功率放大器设计学校宁波大学科技学院 学院理工学院 班级12自动化2班 姓名woniudtk 学号12******** 指导老师李宏 时间2014-12-4 一、设计课题 设计并制作能输出0.5W功率的语音放大电路。该电路由带通滤波器和功率放大器构成。 二、设计要求 （1）电路采用不超过12V单（或双）电源供电； （2）带通滤波器：通带为300Hz～3.4kHz，滤波器阶数不限；增益为20dB； （3）最大输出额定功率不小于0.5W，失真度<10%（示波器观察无明显失真）；负载（喇叭）额定阻抗为8?。 （4）功率放大器增益为26dB。 （5）功率放大部分允许采用集成功放电路。 三、电路测试要求 （1）测量滤波器的频率响应特性，给出上、下限截止频率、通带的增益； （2）在示波器观察无明显失真情况下，测量最大输出功率 （3）测量功率放大器的电压增益（负载：8?喇叭；信号频率：1kHz）； 四、电路原理与设计制作过程 4.1 电路原理 带通功率放大器的原理图如下图1所示。电路有两部分构成，分别为带通滤波器和功率放大器。 图1 滤波器电路的设计选用LM358双运放设计电路。LM358是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。高输入阻抗使得运放的输入电流比较小，有利于增大放大电路对前级电路的索取信号的能力。在信号的输入的同时会不可避免的掺杂着噪声和温漂而影响信号的放大，因此高共模抑制比、低温漂的作用尤为重要。 带通滤波器的设计是由上限截止频率为3400HZ的低通滤波器和下限截止频率为300HZ 的高通滤波器级联而成，因此，设计该电路由低通滤波器和高通滤波器组合成二阶带通滤波器（巴特沃斯响应）。 功率放大电路运用LM386功放，该功放是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 4.2电路设计制作 4.2.1带通滤波电路设计 （1）根据设计要求，通带频率为300HZ~2.4KHZ，滤波器阶数不限，增益为 20dB，所以采取二阶高通和二阶低通联级的设计方案，选择低通放大十倍。高通不放大。 应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器 带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GH以上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器，有5%到25%的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。 （刃耦合微幣线滤彼器 3、发夹线带通滤波器 把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。 (3)岌夬线带通滤波器 4、1/4波长短路短截线滤波器 (4)1/4波长您路短戡线湛枝器 5、半波长开路短截线滤波器 (5)1/2波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对 地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mr以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带 2014-2015第二学期 北京工业大学 电子技术课程设计报告 题目二阶有源带通滤波器 专业电子信息工程 学号 ******** 姓名 XX 指导教师 XXXX 电源滤波器是由电容、电感和电路组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。滤波器在通信技术、测量技术、控制系统等领域有着广泛的应用。由有源器件和电阻、电容构成的滤波器称为RC 有源滤波器。滤波器的分类很多，根据滤波器对信号频率选择通过的区域，可分为低通、高通、带通和带阻等四种滤波器；按使用的滤波元件不同，可分为LC 滤波器、RC 滤波器、RLC 滤波器；有源滤波器还分为一阶、二阶和高阶滤波器，阶数越高，滤波电路幅频特性过渡带内曲线越陡，形状越接近理想。 本实验设计了二阶RC 有源带通滤波器，并利用Multisim12.0 对实验进行仿真演示，列出了具体的分析与设计方法。 English abstract The power filter is composed of capacitor, inductor and circuit filter circuit. The filter can be outside the power line frequency specific frequency or the frequency of frequency were effectively filter, a specific frequency power signal, or remove a specific frequency power 1signals. Filter in communication technology, measurement technology, control systems and other fields have a wide range of applications. A filter called RC active filter, which is composed of an active device and a resistor and a capacitor. The classification of the filter, according to filter the signal frequency selection through a region can be divided into low pass, high pass, band pass and band stop and other four kinds of filter; according to the different use of the filter element can be divided into LC filters, RC filter and RLC filter; active power filter is first order, second order and higher order filter, the higher order, filter circuit amplitude frequency characteristic transition zone curve is steeper, the shape is more close to the ideal. In this experiment, the two order RC active band pass filter is designed, and the Multisim12.0 is used to carry out the simulation demonstration, and the specific analysis and design method are listed. 设计报告 学生： 课题：带通滤波器的设计与仿真 目录 摘要 (3) 一平行耦合微带线滤波器的理论基础 (3) 二、平行耦合微带线滤波器的设计的流程图 (4) 三、设计的具体步骤 (5) 1、确定下边频和归一化带宽 (5) 2、在设计向导中生成原理图 (6) 3、平行耦合微带线带通滤波器设计 (7) 4、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图 (8) 四、心得体会 (14) 五、参考文献 (14) 带通滤波器的设计与仿真 摘要: 介绍一种借助ADS( Advanced Des ign SySTem )软件进行设计和优化平行耦合微带线带通滤波器的方法，给出了清晰的设计步骤，最后结合设计方法利用ADS给出一个中心频率为2.4 GHz，相对带宽为9%的微带带通滤波器的设计及优化实例和仿真结果，仿真结果表明: 这种方法是可行的，满足设计的要求。 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 一、滤波器的介绍 （1）波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器 按照滤波器的制作方法和材料，射频滤波器又可以分为以下四种： （2）波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器 （3）滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带的一定外有产生新的通带 二、平行耦合微带线滤波器的理论基础 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，分布参数不仅可以构成低通滤波器，而且可以构成带通和带阻滤波器。 平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z 0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则： 数 字信号处理 实验报告 实验四 IIR数字滤波器的设计 学生姓名张志翔 班级电子信息工程1203班 学号 指导教师 实验四IIR数字滤波器的设计 一、实验目的： 1. 掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR 数字滤波器的具体设计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR 数字滤波器的MATLAB 编程。 2. 观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。 3. 熟悉Butterworth 滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。 二、实验原理: 1． 脉冲响应不变法 用数字滤波器的单位脉冲响应序列 模仿模拟滤波器的冲激响应 ,让 正好等于 的采样值，即 ，其中 为采样间隔，如果以 及 分别表示 的拉式变换及 的Z 变换，则 )2(1)(m T j s H T z H m a e z sT ∑∞-∞==+=π 2．双线性变换法 S 平面与z 平面之间满足以下映射关系： );(,2121,11211ωωσj re z j s s T s T z z z T s =+=-+ =+-?=-- s 平面的虚轴单值地映射于z 平面的单位圆上，s 平面的左半平面完全映射到z 平面的单位圆内。 双线性变换不存在混叠问题。 双线性变换是一种非线性变换 ，这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。 三、实验内容及步骤： 实验中有关变量的定义: fc 通带边界频率；fr阻带边界频率；δ通带波动；At 最小阻带衰减；fs采样频率；T采样周期 （1）=, δ=, =, At =20Db,T=1ms; 设计一个切比雪夫高通滤波器，观察其通带损耗和阻带衰减是否满足要求。 MATLAB源程序： wp=2*1000*tan(2*pi*300/(2*1000)); ws=2*1000*tan(2*pi*200/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wp,ws,,20,'s'); %给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动波动，阻带最小衰减20dB，求出最低阶数和通带滤波器的通带边界频率Wn [B,A]=cheby1(N,,wn,'high','s');%给定通带（wp）和阻带(ws)边界角频率，通带波动 [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/(2*pi)*1000; plot(f,20*log10(abs(h))); axis([0,500,-80,10]);带通滤波器设计模拟电子技术课程设计报告大学论文
有源滤波器实验报告
带通滤波器的设计和仿真
带通滤波器设计步骤
带通滤波器设计实验报告
微带线带通滤波器的ADS设计
二阶有源带通滤波器介绍
ADS设计的带通滤波器
二阶有源带通滤波器设计及参数计算
实验四iir数字滤波器的设计实验报告
相关主题
文本预览