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。 带通滤波器工作原理与带通滤波器原理图详解 带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路（RLC circuit）。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 工作原理 一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。 在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。 典型应用 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中 实验二：Multisim仿真——带通滤波器的设计 一．实验目的 采用Multisim软件来设计带通滤波器电路，计算带通滤波器参数并对其仿真进行分析。 二．实验原理及计算： 2.1二阶有源滤波器数学模型如下： 采用节点法来计算其输出函数 ◆在节点1 有： U1?Ui Y1+U1?Uo Y4+U1?U2Y3+U1Y2=0① ◆在节点2 有： U2?U1Y3+U2?Uo Y5=0② 由虚短得到U2=0，代入②式得：U1=?Y5 Y3 Uo③ 将③代入①有： G s=Uo Ui = ?Y1Y3 Y5Y1+Y2+Y3+Y4+Y3Y4 又因为Y1=1R 1 ,Y2= 1R 1 ,Y1= 1R 2 ,Y3=sC3,Y4=sC4,Y5= 1R 5 得到： G s = ? s R 1C 4 S 2+R 5 sC 3+sC 4 s +sC 3sC 4R 5(R 1+R 2) 与二阶滤波器相应的标准表达式 11)(11 )(20 2 02++= +?+=O O O O O S Q S S Q A S Q S S Q A S A ωωωωωω 比较可得： Go =1 R 5 1+C 3 ω0= 1R 5C 3C 4(1R 1+1 R 2 ) Q = R 5(1 R 1 + 1R 2) C 4 + C 3 以上只有三个方程，却有5个未知数。可令C3=C4=C ，联立以上几个方程可得： R1=Q R2=Q 2Q 2?Go ω0C R5=2Q ω0C 2.2 在我们systemview试验一中有两个滤波器 现计算第一个滤波器的参数：中心频率为60khz，通频带为60khz。 由ω0=2π?60?e3，Q=1.2，Go=1,得： R1=3.18k?，R2=1.69k?，R5=6.37k?。 三．根据计算的参数在Multisim中搭建实验电路，完成仿真。 3.1 根据所计算的第一个带通滤波器的参数所得实验电路图如下： 采用一个交流电源作为输入，通过扫频仪观察响应的幅频特性。得到所设计的滤波器幅频特性图像： 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. 有源模拟带通滤波器的设计 时间：2009-08-2110:51:10来源：电子科技作者：张亚黄克平 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。 1滤波器的结构及分类 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，介绍了设计一个工作在低频段的二阶有源模拟带通滤波器应该注意的一些问题。 2二阶有源模拟带通滤波器的设计 2.1基本参数的设定 二阶有源模拟带通滤波器电路，如图1所示。图中R1、C2组成低通网络，R3、C1组成高通网络，A、Ra、Rb组成了同相比例放大电路，三者共同组成了具有放大作用的二阶有源模拟带通滤波器，以下均简称为二阶带通滤波器。 根据图l可导出带通滤波器的传递函数为 令s=jω，代入式(4)，可得带通滤波器的频率响应特性为 波器的通频带宽度为BW0.7=ω0／(2πQ)=f0／Q，显然Q值越高，则通频带越窄。 滤波器电路设计实验报告 院系：物理科学与技术学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：杨鸣 2013年12月20日 目录 0、设计要求 (1) 1、电路基本模型的选择以及参数的计算。 (1) 2、电路元件参数的计算 (4) 3、Multisim仿真 (5) 4、器件的选择 (8) 5、Protel制板 (9) 6、体会 (9) 一、电路基本模型的选择以及参数的计算。 （1）选择有源滤波器 有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。 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。 （2）滤波电路传递函数 分为：低通（LPF ）、高通（HPF ）、带通（BPF ）、带阻（BEF ）、全通（APF ） 理想滤波电路的频响在通带内具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值为0。实际电路往往难以达到理想要求。 根据不同要求，常用低通有三种： 巴特沃斯滤波器通带最平坦，阻带下降慢。 切比雪夫滤波器通带有纹波，阻带下降较快。 贝塞尔滤波器通带有纹波，阻带下降慢，且群时延恒定，失真小。 我们选择通带平坦的巴特沃思滤波器 n 阶巴特沃思传递函数。 ()A j ω= n: 阶数 ωC ：3dB 截止角频率 A0：通带电压增益 0|()|1()()10 n n c A j A ωωω≈= 026lg 220 A n A ?=-=≈ 因此本电路采用二阶巴特沃思低通滤波器与二阶巴特沃思高通滤波器级联而成。 基本框图如下 实验报告专业：______ 姓名：______ 学号：________ 日期：__________ 桌号：________________ 课程名称：电路原理实验指导老师：成绩：________________ 实验名称：有源滤波电路——带通滤波器 一、实验目的 1. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。 2. 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。 3. 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。 4. 实现给定方波波形的分解和合成。 二、实验原理 滤波器是一种二端口网络，它的作用是允许某频率范围的信号通过，滤掉或抑制其他频率的信号。允许通过的信号频率范围称为通带，其余信号的频率范围称为阻带。许多通过电信号进行通信的设备，如电话、收音机、电视和卫星等都需要使用滤波器。严格的说，实际的滤波器并不能完全滤掉所选频率的信号，只能衰减信号。 无源滤波器通常由RLC元件组成，一般采取多节T型或π型结构，制造难，成本高，特别是电感元件的重量和体积都很大。用RC元件与运放集成块构成的有源滤波器，不用电感线圈，因此广泛用于工程电路。此外，运放的开环电压增益很大，输入阻抗高，输出阻抗低，组成的滤波器有一定的放大、隔离和缓冲作用。 相比于无源滤波器，有源滤波器有许多优点：可以按要求灵活设置增益，并且无论输出端是否带载，滤波特性不变，这也是有源滤波较无源滤波得到更广泛应用的原因。 1. 带通滤波器电路 图1所示为一个无限增益多路反馈带通滤波器电路，传递函数为： 其中各系数为： 表征带通滤波器性质的重要参数有三个，分别是： 中心频率，也即谐振频率，带通滤波器在中心频率处转移函数的幅值最大。 带宽，定义为两个截止频率之差；截止频率 ωc 的定义为：转移函数的幅 值由最大值下降为最大值的 时的频率，即 品质因数，定义为中心频率与带宽之比。 带通滤波器的增益Kp 定义为传递函数在中心频率处的幅值增益。 三个带通滤波器设计为：Kp=4，Q=5，中心频率分别为：1kHz ，3kHz ，5kHz ，对应各元件参数为： C=0.01μF ，R1=20k Ω，R2=1.8k Ω，R3=160k Ω。 C=0.01μF ，R1=6.8k Ω，R2=0.56k Ω，R3=56k Ω。 C=0.01μF ，R1=3.9k Ω，R2=0.36k Ω，R3=33k Ω。 2. 反相加法器 反相加法器电路如图2所示，输出为： 三、实验接线图 带通滤波器的设计制作 专业：电子信息工程 学号：18103317 一、设计内容：仿照书上例题9.3.2，利用multisim仿真平台试设计一带通滤波器。 要求： (1)能抑制低于300Hz和高于3000Hz的信号，整个通带增益为8dB,在30Hz和30KHz处幅频衰减不小于26dB。 （2）画出电路图，说明工作原理，写明电路参数及计算过程。（3）进行电路仿真，仿真结果要求为带通滤波器幅频与相频特性。 (4)在multisim中，在电路的输入端输入一正弦信号，幅值不变，改变频率，利用示波器观察输入输出波形，做出波特图。 (5)利用Protel画出PCB图，制版，焊接调试电路。 (6)电路测试：电路的输入端输入一正弦信号，幅值不变，改变频率，利用示波器观察输入输出波形，做出波特图。 二、方案论证与选择 （１）简介 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 （２）工作原理 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 (３)电路可行性分析 滤波器 滤波器是对波进行过滤的器件，是一种让某一频带内信号通过，同时又阻止这一频带外信号通过的电路。 滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器三种，按照电路工作原理又可分为无源和有源滤波器两大类。今天，小编主要对低通、高通还有带通三种滤波器做以下简单的介绍，希望电子爱好者的朋友们看完有一点小小的收获。 低通滤波器 电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过，电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小，称为低通滤波器。 低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过；对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。 最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成，如下图。该低通滤波器的作用是让低于转折频率f。的低频段信号通过，而将高于转折频率f。的信号去掉。 这一低通滤波器的工作原理是这样：当输入信号Vin中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时，由于C的容抗很大而无分流作用，所以这一低频信号经R输出。当Vin中频率高于转折频率f。时，因C的容抗已很小，故通过R的高频信号由C分流到地而无输出，达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率f。由下式决定： 低通滤波器除这种RC电路外，还可以是LC等电路形式。 高通滤波器 最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”，它的的特性一般用一阶线 性微分方程表示，它的左边与一阶低通滤波器完全相同，仅右边是激励源的 导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时，没有或几乎没有什么 输出，而当较高的频率通过该系统时，将会受到较小的衰减。 实际上，对于极高的频率而言，电容器相当于“短路”一样，这些频率，基本上都可以在电阻两端获得输出。换言之，这个系统适宜于通过高频率而 对低频率有较大的阻碍作用，是一个最简单的“高通滤波器”，如下图。 这一电路的工作原理是这样：当频率低于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1的容抗很大而受到阻止，输出减小，且频率愈低输出愈小。当频率 高于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1容抗已很小，故对信号无衰减作用，这样该滤波器具有让高频信号通过，阻止低频信号的作用。这一电路的 转折频率f。由下式决定： 高通滤波器除可以用元件外，还可以用LC构成。 带通滤波器详解_带通滤波器工作原理_带通滤波器原理图 带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路（RLC circuit）。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 工作原理一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现波纹。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。 在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。 典型应用 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中 ￥ 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， C A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当=0时，（2）式有最大值1； 。 =C 时，（2）式等于，即A u 衰减了 n=2 3dB ；n 取得越大，随着的增加，滤波器 n=8 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。 0 C 当 >> C 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。 n 归一化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式 1 1+L s 2 122++L L s s 》 3 )1()1(2+?++L L L s s s 4 )184776.1()176537.0(2 2++?++L L L L s s s s 5 )1()161803.1()161807.0(22+?++?++L L L L L s s s s s 6 )193185.1()12()151764.0(222++?++?++L L L L L L s s s s s s [ 7 )1()180194.1()124698.1()144504.0(2 22+?++?++?++L L L L L L L s s s s s s s 8 )196157.1()166294.1()111114.1()139018.0(2222++?++?++?++L L L L L L L L s s s s s s s s 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， C 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） > 若想要接收某一特定频率的电波，需要用滤波电路来做筛选。在RLC电路中，当电流流过电阻、电容、电感时，电阻电压的相位与电流相同，电容电压的相位落后电流90o，电感电压的相位超前电流90o。利用RLC元件的电压、电流基本特性，可组合成滤波电路。只有某个频率以下的电波才能通过的称作低通滤波器，某个频率以上的电波才能通过的称作高通滤波器，只有某一波段的电波才能通过的称作带通滤波器，只有某一波段的电波不能通过的称作带阻滤波器，这4种滤波器的理想工作状况显示在图1到4。 图1 低通滤波器图2 高通滤波器 图3 带通滤波器图4 带阻滤波器 图5与图7是最简单的带阻与带通滤波电路，它们的滤波特性图6与图8。图5中的带阻滤波电路其实就是一个RLC串联电路，取其电容与电感的电压合当作输出电压。电容对直流电而言是一个断路，在交流电中因其充放电性质才呈现出导通状态，交流频率越高其呈现的阻抗越小。电感对直流电而言是一个通路，在交流电中因法拉第定律会产生感应电压，交流频率越高其呈现的阻抗越大。 图5 LC串联带阻滤波器图6 LC串联带阻滤波器特性 图7 LC并联带通滤波器图8 LC并联带通滤波器特性 图5中RLC串联，频率低时电容阻抗大，电感没什么做用，输出电压V0几为电容电压，V0很大。频率高 时电感阻抗大，电容没什么做用，输出电压V0几为电感电压，V0很大。频率适中时，电容与电感的阻抗相 当(时容抗与感抗值相等)，则因电容与电感的电压正好反相位，互相抵消，V0极小。图7中LC并联，频率低时电容阻抗大，但电感阻抗很小，电流都走电感，输出电压V0很小。频率高时电感阻抗大，但电容阻抗很小，电流都走电容，V0很小。频率不大、不小时，电容与电感的阻抗相当 (时容抗与感抗值相等)，此时通过两者的电流大小相当但相位相反，互相抵消，LC并联的综合效果变成阻抗极大，V0很大。 Q值与频宽:频宽定义如图9所示，是高低两半功率频率的差。因电阻电压VR与输出电压V0 (电容与电感的合)相位差90o，因此永远成立，电流大小只与电阻值有关。而输出电压最大值(当 时)，故当R减小时V0会增大，如图10所示，电路的品质也越好。在电路学上定义一Q值(quality factor)来标示电路的品质，其定义为： Q是输出电压最大时电容或电感的功率除以电阻的功率。 频宽的定义最大输出电压与电阻关系 信号与系统带通滤波器设计 学生姓名：李吉凯 学号：1400309003 班级：14光伏 设计任务书 1．设计目的： 设计一种带通滤波器并对信号进行滤波。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带，同时限制所有通带外频率的波通过。要求做到:1).了解MATLAB的信号处理技术；2).掌握带通滤波器的特点；3).掌握带通滤波器的设计和滤波处理技术。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 1).熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析； 2).熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱； 3).实现信号频谱分析和滤波等有关Matlab函数； 4).写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结； 5).递交课程设计说明书。 目录 设计目的要求 (7) 设计原理 (7) 设计内容 (8) 1. 连续输入信号产生 (8) 2.抽样、频谱分析 (11) 3.带通滤波器设计 (12) 4.滤波结果 (13) 5.总程序 (14) 使用函数说明 (17) 结果分析 (17) 设计心得 (17) 一、设计目的要求 要求产生一个连续信号，包含低频、中频、高频分量，对其进行采样，进行频谱分析，并设计带通滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波后信号的频谱。 1.熟悉有关采样，频谱分析的理论知识，对信号作频谱分析； 2.熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适的滤波器技术指标，设计带通滤波器对信号进行滤波，对比分析滤波前后信号的频谱； 3.实现信号频谱分析和滤波等有关Matlab函数； 4.写出基本原理，有关程序，得到的图表，结果分析，总结； 二、设计原理 1.利用MATLAB软件产生一个包含低频、中频、高频分量的连续信号。 2.对信号进行抽样，进行频谱分析。 （1）时域采样（奈奎斯特采样）定理：为了避免产生混叠现象，能从抽样信号无失真地恢复出原信号，抽样频率必须大于或等于信号频谱最高频率的两倍。本设计中信号最高频率是300Hz，抽样频率采用1200Hz。 （2）频谱分析：频谱分析是指对信号进行频域谱的分析，观察其频域的各个分量的功率大小，其理论基础是傅立叶变换，现在一般采用数字的方法，也就是将时域信号数字化后做FFT，可以得到频域的波形。 3.带通滤波器滤波的工作原理 现代生活中，为了滤除谐波干扰，获得所需要的高精度的模拟信号，经常要用到滤波器对信号进行滤波。典型的模拟滤波器有巴特沃斯(Butterworth)滤波器、切比雪夫(Chebyshev)滤波器和椭圆(Ellipse)滤波器等。其中，巴特沃斯滤波器又叫最平坦响应滤波器，顾名思义，它的响应最为平坦，通带内没有波纹，其频率响应在通带和阻带中都是单调的，且在靠近零频处最平坦，而在趋向阻带时衰减单调增大，巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，非常接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。本次课程设计将使用巴特沃斯带通滤波器对信号进行滤波。滤波器的结构框图如下图1 所示： 带宽9khz-11khz带通滤波器的设计 1.设计目的 制作一个中心频率10khz，带宽9khz-11khz带通滤波器。 2.原理图设计 2.1 butterworth带通滤波器原理 带通滤波器是指通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围内的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围内完成。 2.2 滤波器设计软件FilterPro简介 FilterPro 是美国TI（德州仪器）公司推出的一款优秀的滤波器设计软件，它支持低通、高通、带通以及全通滤波器的设计，同时也支持常见的贝塞尔。巴特沃斯以及切比雪夫响应类型。设计人员只需要根据滤波器的设计向导按部就班地往下进行，就可以得到符合要求的滤波器电路，同时还可以得到与之相对应的响应曲线。但是有一点需要注意：这款软件的计算结果是一个连续域的计算结果，只有当使用的运算放大器是绝对理想的运放时才能得到与所给响应曲线完全吻合的响应结果，但这并不影响我们使用它进行滤波器的设计。因此只需要使用其他基于Spice 模型的EDA 仿真软件对电路进行仿真分析和调整，这就可以设计出性能稳定的滤波器电路。 2.3 TL082芯片简介 TL082是一通用的J-FET双运算放大器。其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流；输出设有短路保护；输入级具有较高 的输入阻抗；内建频率补偿电路；较高的压摆率。最大工作电压：Vccmax=±18V。 2、4基于filterpro的滤波器设计 使用filterpro设计软件设计4阶带通滤波器，其设计方法如图（1）。图（a)为选择带通滤波器，图（b）为选择中心频率，带宽和阶数，图（c）为选择butterworth，图（d）为选择mutiple-feedback(single ended)。 图（a）图（b） 带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。 一、定义 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生. 二、工作原理 一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不 能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是 在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范 围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频 的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量 保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更 加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不 再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处 尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。 在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。 三、简易解析： 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。如上图所示，理想设计中带通滤波器是中间通过(400-470MHz)，两边不通过(200-400MHz，470-600MHz)，实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好。 下面则是为大家提供的带通滤波器： 带通滤波器 ●频率高达20GHz. ●应用于民用,军事,航天,空间技术等. ●低插损,高隔离器,高功率. ●可按客户要求订制生产. 型号带通频率 (MHz) 插损 (dB) 驻波 比 带外抑制 功率 (W) 连接形式 温度 (°C) 尺寸 长x宽x高(mm) UIYBPF3020A 50~80 8.0 1.5 60dB @88~108MHz 5 SMA -40~+85 30×20×12 (BW 2.5MHz) 40dB @Fc±6.5MHz UIYBPF4825A 130~700 3.5 1.5 40dB @Fc±6.5MHz 2 BNC,N, SMA -30~+70 48×25×20 (BW ~50MHz) UIYBPF250166A 136~200 2.0 1.3 60dB @88~108MHz 100 N,SMA -40~+85 250×166×54 (BW 2.5MHz) 40dB @Fo±6.5MHz UIYBPF338151A 136~200 2.0 1.5 40dB @Fc±6.5MHz 100 N,SMA -40~+85 338×151×48 (BW 9MHz) 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) 有源带通滤波器设计报告Last revision on 21 December 2020 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 一阶低通滤波器 其增益带通滤波器工作原理与带通滤波器原理图详解
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各种滤波器原理与设计
有源低通滤波器计算 利用 R、L、C 所组成的滤波电路称作无源滤波器，它有很多的缺点。其中的电感 L 本身具有电阻与电容，使得输出结果会偏离理想值，而且会消耗电能。若只利 用 R、C 再附加放大器则形成主动滤波器，它有很多的优点，例如：不使用电感 使得输出值趋近理想值； 在带通范围能提高增益， 减少损失； 用放大器隔离输出、 入 端，使之可以使用多级串联。 1、一阶低通滤波器（一节 RC 网路） 838 电子
截止频率:
126 计算公式大全
频率低于
时→电压增益
频率高于
时→衰减斜率：每 10 倍频率 20dB
图 1 电路组成
图2
响应曲线
所谓低通滤波器(LPS：low pass filter)是允许低频讯号通过，而不允许高频讯 号通过的滤波器。图 3 所示是 RC 低通滤波电路，其电压回路公式：
1
可得实际增益为
增益值是频率的函数，在低频区 ω 极小， RωC << 1，AV(ω) = 1 讯号可通； 在高频区 ω 极大， RωC >> 1，AV(ω) = 0 信号不通。 RωC = 1 时是通与不
通的临界点，此时的频率定义为截止频率： 。图 4 所示 RC 低通滤 波电路的增益随频率的变化是缓慢的，故其不是一个好的滤波电路。图 5 所示是 低通有源滤波器，它的增益显示在图 6。低通有源滤波器在低频区的增益为：
VO/VI=(R1+R2)/R2
其推导如下：在低频区 RC 串联之电位降都在电容，故 Vin = VC = Vp。见图 5，因 负回馈，电路在线性工作区，于是我们有关系式： ，可知电容 C 之电位降与电阻 R2 之电位降相同， 又流过 R1 与 R2 之电流相同均为 I，故得到
电脑桌面背景图片 在高频区 RC 串联之电位降都在电阻，故 VC = Vp = 0。因负回馈，电路在线性工 作区，于是有关系式： 降为 0，I = 0，V0 = 0。 ，得到 R2 之电位
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