二阶有源带阻滤波器课程设计汇总
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二阶有源带通滤波电路绪论在过去的一个多世纪里,人类的科学文明发生了翻天覆地的变化,特别是以物理学为主导的科技革命的爆发,使得人类的生活方式产生了由头到底的彻底改变。
电视,电话,飞机,卫星等一系列以前只有在科幻作品中才会出现的东西一样一样的诞生了。
从基因工程“让人活到一千岁”的梦想,到纳米技术“包你穿衣不用洗”的诺言;从人工智能“送你一只可爱机器狗”的温馨,到转基因技术“让老鼠长出人耳朵”的奇观。
不断有新的科技在诞生,每一个新科技的发现都会让人们欣喜若狂,因为,这些新科技正在逐步地改善我们的生活,让我们更加了解自己。
我们坚信——科技不仅改变命运,还可改变未来。
对于我们这一代人,对社会的普遍感觉是竞争意识强了。
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我们已经明白科技的重要性,也知道了科技的普遍性。
虽然科技创造新生活的前景引人遐思,令人神往。
但是归根结底是要靠我们共同的努力实现的。
作为社会未来建设的中坚,我们这一代年轻人肩上的担子的确不轻,新的机遇总是伴着风险与挑战,但是,我们不会轻易地说放弃,因为我们年轻,因为我们衣袂飞扬。
回望文明的历程,是科技之光扫荡了人类历史上蒙昧的黑暗,是科学之火点燃了人类心灵中的熊熊的希望;科技支撑了文明,科技创造着未来,而未来在我们手中。
让我们成为知识的探索者,让我们在未知的道路上漫游,让我用我们的创造力将我们居住的世界变得更美好。
人类社会的每一次社会的变革都是源于科技的发展。
今天,作为大学生的我们充满了学科学、用科学的浓烈的氛围、洋溢着求创新、共进步的热情。
面对着茫茫碧水,背靠着巍巍虞山。
作为电子本科生的我们会用我们的青春热情共同构建我们美丽的未来。
电子技术实验系列课程是为适应培养素质型人才的需要而设置的一门工程应用能力训练课程。
本课程既重视基本技能,基本测试方法的训练,又适应电子技术发展的需要。
东北石油大学课程设计课程电子线路综合课程设计题目有源滤波器设计院系电子科学学院专业班级电子信息工程14-3学生姓名陈忠昕学生学号140901140308指导教师韩建2016年7月14日东北石油大学课程设计任务书课程电子线路综合课程设计题目有源滤波器设计专业电子信息工程14-3 姓名陈忠昕学号 140901140308主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容:利用运算放大器组成有源低通、高通、带通、带阻滤波器。
基本要求:1. 通频带自定义;2. 测量设计的有源滤波器的幅频特性;3. 选用通用运算放大器,运放的开环增益应在80dB以上;4. 采用Multisim软件进行仿真,验证和完善设计方案;5. 按要求完成课程设计报告,交激光打印报告和电子文档。
主要参考资料:[1] 童诗白. 模拟电子技术基础(第四版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.[2] 陈明义. 电子技术课程设计实用教程(第3版) [M]. 长沙:中南大学出版社,2010.[3] 程春雨. 模拟电子技术实验与课程设计[M]. 北京:电子工业出版社,2016.完成期限 2016年7月14日指导教师专业负责人2016 年 7 月 5 日一、任务技术指标1. 二阶压控型有源低通滤波器(LPF )设计一个二阶压控型有源低通滤波器,要求特征频率f 0=100kHz ,Q=1;2. 二阶压控型有源高通滤波器(HPF )设计一个二阶压控型有源高通滤波器,要求特征频率f 0=100Hz ,Q=1;3. 二阶压控型有源带通滤波器(BPF )设计一个二阶压控型有源带通滤波器,要求中心频率为f 0=5KHz ,Q=2;4. 二阶压控型有源带阻滤波器设计一个二阶压控型有源带阻滤波器,要求中心频率为f 0=100Hz ,Q=2;二、总体设计思想设计滤波电路实现,让指定频段的信号能比较顺利地通过,而对其他频段信号起衰减作用。
如低通滤波电路能使低频信号顺利通过,而使高频信号受到抑制。
之阳早格格创做滤波器是一种只传输指定频段旗号,压造其余频段旗号的电路.滤波器分为无源滤波器与有源滤波器二种: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:普遍由集成运搁与RC搜集形成,它具备体积小、本能宁静等便宜,共时,由于集成运搁的删益战输进阻抗皆很下,输出阻抗很矮,故有源滤波器还兼有搁大与慢冲效率. 利用有源滤波器不妨超过有用频次的旗号,衰减无用频次的旗号,压造搞扰战噪声,以达到普及疑噪比或者选频的手段,果而有源滤波器被广大应用于通疑、丈量及统造技能中的小旗号处理.从功能去上有源滤波器分为:矮通滤波器(LPF)、下通滤波器(HPF)、戴通滤波器(BPF)、戴阻滤波器(BEF)、齐通滤波器(APF).其中前四种滤波器间互有通联,LPF与HPF间互为对于奇闭系.当LPF的通戴截行频次下于HPF的通戴截行频次时,将LPF与HPF相串联,便形成了BPF,而LPF与HPF并联,便形成BEF.正在真用电子电路中,还大概共时采与几种分歧型式的滤波电路.滤波电路的主要本能指标有通戴电压搁大倍数AVP、通戴截行频次fP及阻僧系数Q等.戴通滤波器(BPF)(a)电路图(b)幅频个性图1 压控电压源二阶戴通滤波器处事本理:那种滤波器的效率是只允许正在某一个通频戴范畴内的旗号通过,而比通频戴下限频次矮战比上限频次下的旗号均加以衰减或者压造.典型的戴通滤波器不妨从二阶矮通滤波器中将其中一级改成下通而成.如图1(a)所示. 电路本能参数通戴删益核心频次通戴宽度采用性此电路的便宜是改变Rf战R4的比率便可改变频宽而没有效率核心频次.例.央供安排一个有源二阶戴通滤波器,指标央供为:通戴核心频次通戴核心频次处的电压搁大倍数:戴宽:安排步调:1)采用图2电路.2)该电路的传输函数:本量果数:通戴的核心角频次:通戴核心角频次处的电压搁大倍数:与,则:图2 无限删益多路背反馈有源二阶戴通滤波器电路。
一题目要求与方案论证1.1(设计题题目)二阶有源低通滤波器1.1.1题目要求设计二阶有源低通滤波器。
要求截止频率f0=1000HZ;通带内电压放大倍数A=15,品质因数Q=0.707。
分析电路工作原理,设计电路图,列出电路的传递函数,正确选择电路中的参数。
1.1.2 方案论证(1):对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。
因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。
根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。
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。
工作原理:二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。
常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。
一 题目要求与方案论证1.(设计题目)二阶有源低通滤波器 1.1题目要求设计二阶有源低通滤波器。
要求通带边界频率f C =1500Hz ,通带最大衰减3dB,阻带边界频率Hz f s 9000 ,阻带最小衰减30dB ;通带内电压放大倍数A 0=1。
分析电路工作原理,设计电路图,列出电路的传递函数,正确选择电路中的参数。
1.1.2 方案论证(1):对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。
因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。
根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。
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。
工作原理:二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的基本组成单元。
湖南人文科技学院毕业设计二阶RC有源滤波器的设计摘要:滤波器是一种能够使有用频率信号通过,而同时抑制(或衰减)无用频率信号的电子电路或装置,在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。
有源滤波器是由集成运放、R、C 组成,其开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗又低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用,但因受运算放大器频率限制,这种滤波器主要用于低频范围。
本次毕业设计主要是在所学《模拟电子技术基础》、《集成电路》等专业知识的基础上研究和设计几种典型的二阶有源滤波电路:巴特沃斯二阶有源低通滤波器、巴特沃斯二阶有源高通滤波器、二阶有源带通滤波器,研究和设计其电路结构、传递函数,并对有关参数进行计算,再利用multisim 软件进行仿真,组装和调试各种有源滤波器,探究其幅频特性。
经过仿真和调试,本次设计的二阶RC有源滤波器各测量参数均与理论计算值相符,通频带的频率响应曲线平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零,衰减率可达到|-40Db/10oct|,滤波效果很理想。
关键词:有源滤波器二阶 RC 频率Abstract:Filter is a kind of can make useful frequency signal through,While suppressing ( or attenuation) useless frequency signal electronic circuit or device, commonly used in engineering to signal processing, data transfer or suppression of interference. Active power filter is composed of integrated operational amplifier, R, C composition, its open loop voltage gain and input impedance is very high, and low output impedance, an active filter circuit also has a voltage amplifying and buffering effect, but due to operational amplifier frequency limit, this filter is mainly used in low frequency range.This graduation design is mainly in the" analog electronic technology"," integrated circuit" and other professional knowledge based on research and design of several typical two order active filter circuit: Butterworth two, Butterworth two step active low pass filter active high-pass filter, two step active band-pass filter, research and design of its circuit structure, transfer function, and the related parameters are calculated, then the use of Multisim software simulation, assembly and commissioning of various active filter, explore its amplitude frequency characteristic.After simulation and debugging, the design of the two order active RC filter the measurement parameters and calculation results, the pass band frequency response curve is flat, no ups and downs, and in the stop band is decreased to zero, attenuation rate can reach | - 40dB / 10oct |, filtering effect is very ideal.Key words: Active power filter Two order RC Frequency Signal第一章前言1.1 选题依据近现代,在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域,滤波器的应用极为广泛,滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
二阶巴特沃兹(Butterworth )有源滤波器的设计 实验内容:
1. 设计一个VCVS (压控电压源)低通滤波器,要求其截止频率f 0=10kHz ,Q=0.707(巴特沃兹),过渡带幅度衰减为-40dB/十倍频。
仿真验证设计,并组装调试电路,测量得出其幅频特性曲线;
2. 设计一个VCVS (压控电压源)高通滤波器,要求其截止频率f 0=100Hz ,Q=0.707(巴特沃兹),过渡带幅度衰减为-40dB/十倍频。
仿真验证设计,并组装调试电路,测量得出其幅频特性曲线;
3. 设计一个VCVS (压控电压源)带通滤波器,要求其通频带为100Hz~10kHz ,仿真验证设计,并组装调试电路,测量得出其幅频特性曲线。
调试步骤:
1)根据设计元件值,在实验箱上组装电路。
2)检查无误后,接通电源、消振、调零,然后输入V v i 1=的正弦电压,在0)2~1.0(f f =范围内用示流器粗略观察滤波器输出电压幅度变化情况,看是否符合低通特性,不符合排除故障。
3)用逐点法测量幅频特性曲线。
改变信号频率,维持V v i 1=,将测出的电压0v (运
集成运放:
集成运算放大器uA741 四运放集成电路LM324 (调零:两个调零端接电位器(10k Ω)的两端,电位器中间焊片接-Vcc )
参考电路:
1.低通滤波电路
2.高通滤波电路:
3.带通滤波电路:。
实验九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9-1 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9-1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9-2(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9-2(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9-2 二阶低通滤波器电路性能参数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。
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9-2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9-3(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。
二阶有源带通滤波器的研究所属课程:模拟电子技术基础班级:姓名:学号:日期:一、 实验目的1、熟悉由运放、电阻和电容组成的二阶有源带通滤波器及其特性,并运用理论知识计算满足一定设计要求所需的元件参数; 2、 学会测量二阶有源带通滤波器的幅频特性及找出其截止频率点;3、进一步学习和提高焊板技术,掌握软件multisim 仿真和硬件检测电路的基本方法。
二、 设计任务及要求1、由二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器组成二阶有源带通滤波器 技术指标:单运放增益586.1==VF O A A Q=0.707通带增益515.22≈=VF V A A下限频率Hz f L 300= 上限频率kHz f H 4.3=,误差允许范围20% 2、设计二阶有源带通滤波器电路,计算电路元件参数,并进行仿真3、焊好硬件电路,测量技术指标参数,测量滤波器的截止频率三、 实验原理电路原理图该带通滤波器由二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器组成,前级为低通,后级为高通。
1、前级:二阶有源低通滤波器传递函数:222)(cccO s Qs A s A ωωω++= 其中:VFc A Q RC-==311ω低通电路决定了本实验带通滤波器的上限频率H f ,要求kHz f cH 4.32==πω,取C 1=C 2=1000pF 可求得:R 3=46.8k, 取47k, R 3=R 1||R 2, 取R 1=110k, 取R 2=82k (R 1、R 2为分压器,可使通带增益为0dB 。
)取Q=0.707,则A VF =1.586 取R 5=39k R 4=68k2、后级:二阶有源高通滤波器传递函数:222)(ccO s Qs s A s A ωω++= 其中:VFc A Q RC-==3ω高通电路决定了本实验带通滤波器的下限频率L f ,要求Hz f cL 3002==πω,取C 1=C 2=0.1uF 可求得:R 6= R 7=5.31k, 取5.1k 取Q=0.707,则A VF =1.586 取R 8=47k R 9=82k四、 实验内容及步骤1、 软件仿真输入信号:正弦信号Vipp=2V f=1kHz 幅频特性曲线:下限频率:y1= - 3.0899dB ,Hz f L 54.298≈,在误差允许范围内 上限频率:y2= - 2.9588dB ,kHz f H 48.3≈,在误差允许范围内 相频特性曲线:2、 硬件测试○1按电路原理图正确连接电路,注意正负双电源的连接,千万别接反。
电子设计大赛题目:二阶带通滤波器电路设计小组成员:董续盛(组长) 学号:2011221107120085杨坤学号:2011221105200224陈贻凡学号:2011221105200153 专业:电子科学与技术院系:物理学与电子科学技术学院完成时间:2013年5月29日星期三二阶带通滤波器的设计摘要:带通滤波器是指能够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。
本文重点介绍了以Multisim仿真软件为平台,分析和设计了带通滤波器电路。
使用虚拟示波器、波特图示仪等设备,采用理论分析、计算和交流仿真分析等多种方法,详细探讨了带通滤波器电路的原理及工作特性,完成实际电路仿真,给出了Multisim 软件电路仿真过程和效果。
介绍了高低通滤波器的工作原理。
设计了一个由高通滤波电路和低通滤波电路级联而组成的带通滤波,给出了系统的电路设计方法以及主要模块的原理分析。
实验结果表明,该滤波器具良好的滤波效果以及运行稳定可靠等优点。
关键词:Multisim 带通滤波器仿真一、滤波器的分析1.1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,与带阻滤波器的概念相对。
.1.2工作原理一般的理想滤波器应该有一段完全平坦的通带,在那段频带内信号能无衰减的输出,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。
1.3 系统整体结构及主要电路整体系统结构如下图所示,由高通滤波电路,低通滤波电路及其他辅助电路组成,为:第一阶段:各种频率的信号输入高通滤波器,低于高通滤波器截止频率的信号被衰减到很小,导出高于截止频率的信号。
《模拟电子技术基础》课程设计-二阶有源带通滤波器设计
一、背景介绍
滤波器是电子电路中比较常用的部件,它可以起到限制电路中某些频率信号的作用,从而达到指定频率及消隐其它频率信号的目的。
由于其可以灵活控制输出信号,因此将滤波器应用到各种电子元件设计中,尤其是各种传感器应用中,使其输出精确明确。
二、二阶有源带通滤波器
二阶有源带通滤波器是电子电路中最常用的滤波器。
它具有极高的非线性斜率,与各种多种模拟电路应用密切相关,如多调制,编解码,数字信号的发生和接收等。
它包括两个一阶有源元件,一个是放大器,一个是滤波器,他们两个相互耦合,形成了一个较大的滤波限制电路。
三、设计步骤
(1)确定滤波器的有效频率范围:在设计带通滤波器过程中,首先要确定滤波器的有效频率范围,以确保能够带通这个频率范围中的希望被处理的信号;
(2)确定滤波器的输入阻抗:滤波器的输入阻抗可以从外部而来,也可以从电路的内部而来;
(4)确定滤波器的放大器增益:由于放大器如何影响滤波器,因此需要确定放大器的增益,以使滤波器能够有效运行;
(5)确定滤波器的电源:需要确定滤波器的电源电压,以便让电路正常工作;
(6)完成实际布线:按照设计及电路原理图完成实际的布线,并完成滤波器的测试工作。
四、结论
本文简要介绍了二阶有源带通滤波器的相关内容,将滤波器实际应用到电子元件设计中,改善信号质量及抗干扰性能,是有效提高其性能的重要部件。
在实际设计过程中,需要充分考虑滤波器的各种参数,以便最终获得性能最佳的设计方案。
滤波器是一种只传输指定频段信号,控制其他频段信号的电路。
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 网络组成,它拥有体积小、性能牢固等优点,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适用频率的信号,衰减无用频率的信号,控制搅乱和噪声,以达到提高信噪比或选频的目的,所以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办理。
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 相串通,就组成了 BPF ,而 LPF 与 HPF 并联,就组成 BEF 。
在合用电子电路中,还可能同时采用几种不同样型式的滤波电路。
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) 幅频特点图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赞同在某一个通频带范围内的信号经过,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控制。
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 的比率即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 )采用图2 电路。
2)该电路的传输函数:质量因数: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:图 2无量增益多路负反响有源二阶带通滤波器电路。
模拟电路课程设计报告设计课题:二阶带阻滤波器的设计专业班级:学生:学号:指导教师:设计时间: 2011年12月12日题目二阶带阻滤波器的设计一、设计任务与要求1.截止频率fH =2000Hz,fL=200Hz;2.电压增益AV=1----2;3.阻带衰减速率为-40dB/10倍频程;4.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V)。
二、方案设计与论证将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器,再将两个电路的输出电压求和,就可以得到带阻滤波器,其中低通滤波器的截止频率fp1应小于高通滤波器的截止频率fp2,因此电路的阻带为(fp2-fp2).实用电路常利用无源LPF和HPF 并联构成带阻滤波器电路,然后接同向比例运算电路,从而得到有源带阻滤波器,由于两个无源滤波电路均由三个元件构成英文字母T,故称之为双T网络。
根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式,建立起系数的方程组。
根据课设要求,我们选择巴特沃斯(butterworth)滤波电路。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性,但是通带到阻带衰减较慢。
由于要求为-40dB/十倍频程,选择二阶有源低通滤波器电路,即n=2。
方案一、压控电压源二阶带阻滤波器这种电路的性能和带通滤波器相反,即在规定的频带,信号不能通过(或受到很大衰减或抑制),而在其余频率围,信号则能顺利通过。
在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。
电路图如下:方案二、无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成三、单元电路设计与参数计算(1)直流电源部分直流电源由电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路四部分构成。
1、稳压电源的组成框图2、电路图3、整流、滤波电路用四个整流二极管组成单相桥式整流电路,将交流电压U2变成脉动的直流变压整流滤波稳压负载电压,为了减小电压的脉动,再经滤波电容C1滤除纹波,输出直流电压Ui ,U I =1.2U2为了获得较好的滤波效果,在实际电路中,应选择滤波电容的容量满足RLC=(3~5)T/2的条件。
西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计报告专业班级课程模拟电路技术基础题目二阶有源滤波器的设计与实现学号学生姓名指导教师2014年 12 月西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计任务书学生姓名专业班级学指导教师职称讲师教研室电子信息工程课程模拟电路技术基础题目二阶有源滤波器的设计与实现任务与要求设计电路系统,构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器(滤波器参数自己设定),设计的滤波器不仅有滤波功能,而且能起放大作用,负载能力要强,利用MATLAB或其它仿真软件进行仿真,并制作出硬件电路实物。
要求1 设计电路图,确定前置放大电路,有源滤波电路,功率放大电路的方案;2 相应绘图软件画出电路原理图,包括低通、高通和带通;3根据电路原理图计算和选取单元电路的元件参数;用MATLAB或其他仿真软件对滤波器进行仿真;4 制作出硬件电路实物。
开始日期 2014.11.17 完成日期 2014.12.122014年 11月 17日课程设计评分表目录一、设计任务与要求 (1)二、设计方案 (1)2.1 总方案设计 (1)2.1.1 方案框图 (1)2.1.2 子框图的作用 (1)2.1.3 方案选择 (1)三、硬件设计 (3)3.1 单元电路的设计 (3)3.1.1 原理图设计 (3)3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 (4)3.2 元件参数的计算 (6)3.2.1 二阶低通滤波器 (6)3.2.2 二阶高通滤波器 (7)3.2.3 二阶带通滤波器 (7)3.3 元器件选择 (7)3.4 工作原理 (8)四、软件设计 (9)4.1 MultiSim电路图 (9)4.2 MultiSim仿真分析 (10)五、小结 (13)六、参考文献 (15)一、设计任务与要求设计电路系统,构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器(滤波器参数自己设定),设计的滤波器不仅有滤波功能,而且能起放大作用,负载能力要强,利用MATLAB或其它仿真软件进行仿真,并制作出硬件电路实物。
二阶有源带阻滤波器设计报告
目录 1、 设计要求………………………..P1 2、 设计作用及目的………………..P1 3、 设计的具体实现 ⑴系统概述……………………...P1-P8 ⑵单元电路设计及仿真分析…...P9-P22 ⑶PCB版电路制作……………..P 4、 心得体会及建议………………...P 5、 附录……………………………...P 6、 参考文献………………………...P 1
一、设计要求 ⑴、设计一个二阶有源带阻滤波器电路,要求中心频率0f=50Hz,Q=10; ⑵、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能要求指标; ⑶、合理选用元器件。
二、设计的作用、目的 ⑴、掌握二阶有源带阻滤波器电路的设计方法 ⑵、了解二阶有源带阻滤波器的性能特点 ⑶、掌握二阶有源带阻滤波器的安装与调试方法 ⑷、掌握滤波器有关参数的测量、计算方法 ⑸、理论应用于实践,增强动手能力
三、设计的具体实现 1、系统概述 ⑴、相关知识了解 由有源器件(晶体管或集成运放)和电阻、电容构成的滤波器称为RC有源滤波器。滤波器分为一阶、二阶和高阶滤波器。阶数越高,其幅频特性越接近于理想特性,滤波器的性能就越好。滤波器的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。可用在信号处理、数据传输、抑制干扰等方面。这类滤波器主要优点是:小型,价廉;不需要阻抗匹配且可具有一定的增益;抗干扰能力强;截止频率低(可低至10-3Hz)。因受运算放大器的频带限制,主要用在超低频至几百千赫的频率范围。根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻止信号频率范围的不同,滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。 这里专门对二阶有源带阻滤波器进行研究。常用的二阶有源带阻滤波器电路有两种形式,一种是无限增益多路负反馈(MFA)有源二阶带阻滤波器电路,另一种是电压控制电压源(VcVs)有源二阶带阻滤波器电路。 电压控制电压源电路,它的运放为同相输入,具有高输入阻抗、低输出阻抗 2
的特点。滤波电路相当于一个电压源。其结构电路图如下图(a)所示,它的优点是电路性能稳定,增益容易调节。 无限增益多路负反馈电路,它的运放为反相输入,输出端通过C1、R1形成两条支路。其电路结构图如下图(b)所示。他的优点是电路具有倒相作用,使用元件较少;缺点是调解增益时会对参数有影响。
(a) 电压控制电压源电路 (b)无限增益多路负反馈电路 3
⑵、相关概念 ①、有源滤波电路:若滤波电路含有有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成,成为有源滤波电路。 ②、有源滤波器:有运算放大器和阻容元件组成的选频网络。用于传输有用频段的信号,抑制或衰减无用频段的信号。滤波器阶数越高,性能越逼近理想滤波器特性。 ③、滤波器阶数:在分析有源滤波电路时,一般通过“拉氏变换”,将电压与电流变换成“像函数”U(s)和I(s)。R(s)=R,Zc(s)=1sc,ZL(s)=SL。输出量与输入
量之比称为传递函数,即()()()osusisUAU。在传递函数中,分母中S的最高指数称为滤波器的阶数。 ④、低通滤波器(LPF):低通滤波器是一种用来传输低频段信号,抑制高频段信号的电路。当信号的频率高于某一特定的截止频率1pf时,通过该电路的信号
会被衰减(或被阻止),而低于1pf的信号通过该滤波器。 ⑤、高通滤波器(HPF):高通滤波器是一种用来传输高频段信号,抑制或衰减低频段信号的电路。当信号的频率低于某一特定的设截止频率2pf时,通过该电
路的信号会被衰减(或被阻止),而高于2pf时,信号可以通过该滤波器。 ⑥、带阻滤波器(BEF):带阻滤波器是可以用来抑制或衰减某一频段信号,并让该频段以外的所有信号都通过的滤波器。即设低频段截止频率为1pf,高频段
截止频率为2pf,则频率低于1pf或高于2pf的信号可以通过,而频率是在1pf到2pf
之间的信号会被衰减。 ⑦、阻带宽度:高频段截止频率2pf与低频段截止频率1pf之差,计为
BW=21ppff。 ⑧、通带放大倍数:实际中,滤波器的幅频特性可分为通带(能够通过的信号频率范围)、过渡带与阻带(阻止信号通过的频率范围)。称通带中输出电压与输
入电压之比upA为通带放大倍数。 4
⑶、系统设计思路 要完成滤波器的实际任务,就是要根据所要求的指标,先确定电路形式,这里我选择的是电压控制电压源电路来实现设计要求。大致步骤为: ① 、据所要求的指标,确定电路形式; ②、列写电路传递函数,计算电路中各元件参数; ③、分析和检查元件参数的误差项,进行复算,看是否满足设计指标,若满足,就进行实验定案;若不满足要重新设计,直至达到设计指标为止。
⑷、二阶有源带阻滤波器的设计原理 根据对低通滤波器和高通滤波器功能的分析可知,当将低通滤波电路与高通滤波电路并联时,设低通滤波截止频率为1pf,高通滤波截止频率为2pf。则输入
信号频率低于1pf的从低通滤波支路到达输出端,高于2pf的从高通滤波支路到达输出端。而若12ppff,那么原输入信号中频率介于1pf和2pf之间的信号就会被滤掉无法在输出端获得。这就构成了带阻滤波器,即将低通滤波电路与高通滤波电路并联,且低通滤波截止频率低于高通滤波截止频率就可构成带阻滤波器。为了使负载不影响滤波器的滤波特性,可在无源滤波电路与负载之间加一个高输入电阻低输出电阻的隔离电路。而在理想运放的条件下,同相比例运算放大电路就具有“高输入电阻,低输出电阻(输入电阻为无穷大,输出电阻为零)”的特点。
取最简单的电压跟随器,如图(c)。opUU,pU仅决定于RC的值,故在集成运放功耗允许的情况下,负载变化,放大倍数的表达式不变,因此频率特性不变。这样将已构成的带阻滤波电路与同相比例运算放大器相连接就可构成有源带阻滤波器。当所选用的低通滤波电路与高通滤波电路是二阶的时,构成的有源带阻滤波器就是所谓的二阶有源带阻滤波器 5
(b) 有源滤波电路 ⑸、设计方案 根据低通滤波电路和高通滤波电路的滤波特性,可知,将低通滤波电路和高通滤波电路并联,且低通截止频率低于高通截止频率就可以得到带阻滤波器。
图1-1(a)是无源低通滤波电路,图1-1(b)是无源高通滤波电路,图1-1(c)是无源带阻滤波电路。将无源带阻滤波电路与同相比例放大电路相连,便可构成有源带阻滤波电路。
()oUs ()iUs 1o
U
2oU LPF 求和电路
HPF 带阻滤波器的方框图 6
图1-1 无源带阻滤波电路的形成 ⑹、各功能模块的划分、组成与功能 根据之前的分析与其确定的电路,我们将待设计的电路划分成三部分,即三个功能块。第一块是二阶无源低通滤波电路,由RC组成,实现的功能是将输入信号中低于某一截止频率的信号滤除。第二块是二阶无源高通滤波电路,由RC组成,实现的功能是将输入信号中高于某一截止频率的信号滤除。第三块是同相比例运算放大器,是集成运放电路,实现的功能是将无源滤波电路与负载隔离,使滤波器的滤波特性不受负载变化的影响,并有一定的放大作用。
⑺、总体方案的可行性论证 输入信号经过截止频率为1pf的二阶无源低通滤波电路和截止频率为2pf高
通滤波电路(12ppff)就能将21ppff宽度范围内的信号抑制或衰减,实现带阻滤波的功能。而同相比例运算放大电路的存在则实现了滤波器的无源变有源,又因为无源低通与高通电路都是二阶的,能实现整体电路的二阶滤波特性。故设计的这个电路能满足设计要求,实现二阶有源滤波的功能。
+ (c) (a) (b) 7 ⑻、列写电路传递函数及相关方程 用节点电流法分别对图1-2所示电路的a点、b点列方程可得: 0()()012aiaaUUUUjCUUjCR
(1-1)
20ibbbUUUUUjCRR (1-2) 又因为集成运放同相输入端的电流为零,因而可得: ()baUUUUjCR (1-3)
而U与0U的关系为:
01(1)fRUUR (1-4) 将式(1-1)~ 式(1-4)联立求解,可得图1-2所示电路的电压放大倍数为: 221
1
[1()](1)12[2(1)]()fufRjRCARRjRCjRCR
(1-5)
由式(1-5)可分析得之,当00f或f时(设集成运放是理想的),uA为最大,并且11fuRAR,可见通带电压放大倍数为:11fupRAR (1-6) 令012fRC,并将式(1-6)带入式(1-5),可得: 202
00
1()1()2(2)uupupffAAffjAff (1-7)
由式(1-7)可知,当0ff时的uA模最小,其值为零,因而图1-2电路的中心频率就为0f。将式(1-7)变形为:
0220
12(2)upuupAAffjAff
(1-8)
因此通带截止频率可由下式求得: