无限增益多重反馈有源带通滤波器的设计与调试方法

有源带通滤波器的设计刘田辉（德州学院物理与电子信息学院，山东德州253023）摘要滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，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，经常需要用到各种各样的滤波器。

随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。

本文阐述了有源带通滤波器的基本原理，对滤波器的传输函数进行了推导并给出了两种设计方法：一种是无限增益多路负反馈（MFB）有源二阶带通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶带通滤波器电路，并对两种电路的频率特性进行了分析，通过Multisim作电路仿真设计。

经过仿真及仿真结果的分析验证了所设计的方法是正确的。

关键词有源滤波器；带通；频率特性； Multisim71绪论从20世纪60年代至今，集成运放获得了迅速发展，同时带通滤波器迅猛发展，滤波器是一种只传输指定频段信号，滤波器顾名思义具有滤波作用，及抑制其他频段信号的电路。

滤波器是选频装置，能让信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。

在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析[1]。

本文所述内容属于模拟滤波范围。

主要介绍模拟滤波器中带通原理、设计、仿真、以及主要参数。

随着电力电子设备的发展和广泛应用，使全球各地的电网被谐波严重污染着，迫切需求治理。

而有源滤波器正是解决这个问题的最佳选择！利用有源滤波器电路可以衰减无用频率信号，突出有用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到选频或提高信噪比的目的，因此有源滤波器被很广泛应用于测量、通信以及控制技术的小信号处理。

20世纪80年代电子技术改造面临着一个重大课题就是实现各种电子系统的全面大规模集成。

使用最多的滤波器成为很大很艰巨的技术障碍，RC有源滤波器不能实现全面大规模集成，机械滤波器和无源滤波器就更不用说了，所以，聪明的先人只能另辟新径来解决这一难题。

20世纪50年代就曾经有人提出的概念，但由于当时集成工艺不成熟，并没有引起太多人的重视。

有源带通滤波器设计汇报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相关知识，设定上线和下限频率，采取开环增益80dB 以上集成运算放大器，设计符合要求带通滤波器。

再利用Multisim 10.0仿真出滤波电路波形和测量幅频特征。

经过仿真和成品调试表明设计有源滤波器能够基础达成所要求指标。

其关键设计内容：1．确定有源滤波器上、下限频率；2．设计符合条件有源带通滤波器；-3．测量设计有源滤波器幅频特征；4．制作和调试；5. 总结碰到问题和处理方法。

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 10.0 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滤波器介绍滤波器是一个选频装置，能够使信号中特定频率成份经过，而极大地衰减其它频率成份。

成绩齐鲁理工学院课程设计说明书题目有源滤波器设计课程名称模拟电子技术B二级学院机电工程学院专业自动化班级 2015级学生姓名李德顺学号 201510532020指导教师臧红岩范卉青设计起止时间：2016年12月19日至2016年12月23日目录一、设计任务与要求 (2)二、设计方案 (3)2.1 总方案设计 (3)2.1.1 方案框图 (3)2.1.2 子框图的作用 (3)2.1.3 方案选择 (3)三、设计原理与电路 (5)3.1 单元电路的设计 (5)3.1.1 原理图设计 (5)3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 (6)3.2 元件参数的计算 (8)3.2.1 二阶低通滤波器 (8)3.2.2 二阶高通滤波器 (9)3.2.3 二阶带通滤波器 (9)3.3 元器件选择 (9)3.4 工作原理 (10)四、电路的组装与调试 (11)4.1 MultiSim电路图 (11)4.2 MultiSim仿真分析 (13)五、设计心得 (16)附录 (16)附录Ⅰ元件清单 (17)附录Ⅱ Protel原理图 (17)参考文献 (18)有源滤波器设计摘要：在《模拟电子技术基础》的学习基础上，针对课设要求，设计了多重反馈有源带通滤波器。

本次设计，是有电阻、电容、放大器组成的电路。

该滤波器的中心频率是10KHz。

该滤波器阻值低于50Hz和高于20Hz频率的信号通过，只允许50Hz到20KHz之间的信号通过。

该滤波器属于有源滤波器，由无源元件和有源元件组成。

这类滤波器的优点是：带内的信号不仅没有消耗能量，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相连是相互影响很小。

设计用到了LM324放大器，它既可接单电源使用（3~30V），也可以接双电源使用（±1.5~±15V），不需要调零。

关键词：RC网络；反馈网络；运算放大器；滤波器1 任务与要求1.1 设计任务有源滤波器是由有源元件和无源元件(一般是R 和C)共同组成的电滤波器，和无源滤波器相比，它的设计和调整过程较简便，此外还能提供增益。

带通滤波器设计流程滤波器是具有频率选择性的双端口器件。

由于谐振器的频率选择性,所以规定的频率信号能够通过器件，而规定频率信号以外的能量被反射， 从而实现频率选择的功能。

滤波器从物理结构上，就是由一些不同的单个谐振器按相应的耦合系 数组合而成，最后达到规定频率的信号从输出端通过的目的。

1. 滤波器技术指标1.1 工作频率范围： 1060MH ± 100MHz1.2插入损耗： 0.5dB max1.3 驻波比：1.2 max1.4 带外抑制：>20dB@f ± 200MHz >35dB@f ± 300MHz >60dB@f ± 500MHz1.5 寄生通带： f > 3500MHz 以上，对衰减不作要1.6 工作温度：-55 ° Cto+85°C1.7 最大输入脉冲功率：400W最大输入平均功率：20W2. 滤波器设计原理3. 滤波器结构选择3.1物理结构选择根据以上技术指标选择 腔体交指型带通滤波器，主要的原因是因为它 有着良好的带通滤波特性，而且它结构紧凑、结实；且容易制造；谐振杆端口 2图1滤波器原理图的长度近似约为入/ 4（波长）°，故第二通带在3倍fo上，其间不会有寄生响应。

它用较粗谐振杆作自行支撑而不用介质，谐振杆做成圆杆，还可用集总电容加载的方法来减小体积和增加电场强度，而且它适用于各种带宽和各种精度的设计。

3.2电路结构的选择根据以上技术指标选择交指点接触形式，主要的原因是它的谐振杆的一端是开路，一端是短路（即和接地板接连在一起），长约入/ 4 °,载TE M （电磁波）模，杆1到杆n都用作谐振器，同时杆1和杆n也起着阻抗变换作用。

4. 电路仿真设计如图2模型选择。

采用An soft公司的Serenade设计，根据具体的技术指标、体积要求和功率容量的考虑，此滤波器采用腔体交指滤波器类型,使用切比雪夫原型来设计，用圆杆结构的物理方式来实现。

带通滤波器设计流程滤波器是具有频率选择性的双端口器件。

由于谐振器的频率选择性，所以规定的频率信号能够通过器件，而规定频率信号以外的能量被反射，从而实现频率选择的功能。

滤波器从物理结构上，就是由一些不同的单个谐振器按相应的耦合系数组合而成，最后达到规定频率的信号从输出端通过的目的。

1. 滤波器技术指标1.1工作频率范围: 1060MHz±100MHz 1.2插入损耗： 0.5dB max 1.3驻波比: 1.2 max1.4带外抑制： ＞20dB@f0±200MHz＞35dB@f0±300MHz ＞60dB@f0±500MHz1.5寄生通带： f ＞3500MHz 以上，对衰减不作要求1.6工作温度: -55°Cto+85°C 1.7最大输入脉冲功率：400W ； 最大输入平均功率：20W2.滤波器设计原理图1 滤波器原理图3.滤波器结构选择 3.1物理结构选择根据以上技术指标选择腔体交指型带通滤波器，主要的原因是因为它有着良好的带通滤波特性，而且它结构紧凑、结实；且容易制造；谐振杆端口2的长度近似约为λ/４（波长），故第二通带在３倍fo上，其间不会有寄生响应。

它用较粗谐振杆作自行支撑而不用介质，谐振杆做成圆杆，还可用集总电容加载的方法来减小体积和增加电场强度，而且它适用于各种带宽和各种精度的设计。

3.2电路结构的选择根据以上技术指标选择交指点接触形式，主要的原因是它的谐振杆的，载ＴＥ一端是开路，一端是短路（即和接地板接连在一起），长约λ/４0Ｍ(电磁波)模，杆１到杆n都用作谐振器，同时杆１和杆n也起着阻抗变换作用。

4.电路仿真设计如图2模型选择。

采用An soft公司的Serenade设计，根据具体的技术指标、体积要求和功率容量的考虑，此滤波器采用腔体交指滤波器类型,使用切比雪夫原型来设计，用圆杆结构的物理方式来实现。

图2模型选择如图3滤波器综合指标选择。

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。

无限增益多路反馈有源滤波器设计无限增益多路反馈有源滤波器设计电路设计总让外人觉得很难，很神秘；其实自己来试一下很简单；作箱体模拟器设计有两步工作要做，其一是测量目标的频率特性和相位特性; 然后是设计电路模拟；下面简单介绍一下频率特性模拟部分的设计；下面是无限增益多路反馈有源滤波器的基本形式图；低通痣波器电路幅顼特性要设计RC滤波器，一般采用查表归一快速的设计方法。

使用这种方法，必须满足滤波器条件。

首先给定要求的截止频率fc；增益Kp;选取滤波器的类型(切比雪夫型、巴特沃斯型)，(低通、高通、带通、带阻)；选取(一阶、二阶、三阶、四阶、或高阶)滤波器，请参考一些相关资料。

《测控电路》、《精密仪器电路》••…然后按下述步骤设计：(1)先选择电容C1的标称值，电容C的初始值靠经验决定，通常以下面的数据作参考：fc<100HzC=(1-0D.1)*fc=(100-1000)HzC=(0.1-0.01)*fc=(1-10k)HzC=(0.01-0.001)*fc=(10-1000k)HzC=(1000-100)pFfc>100kHzC=(1000)pF(2)所选择白^电容C1的实际值，再按照下式计算电阻换标系数Kk=100/fcC1其中？c的单位为Hz;C1的单位为以后(3)表2-1中查出CaDK=1时的电阻值。

(4)再将这些电阻值靠标称的实际电阻值设计实例设计一个二阶无限增益多路反馈1dB切比雪夫型低通滤波器，增益Kp=2,截频(指纹波之间的终止频率)fc=5KHz。

设计步骤如下：按上述快速设计方法得到标称的电容取C=0.01^F,对应白^参数K=2,也可以由式k=100/fcC1=2从下表中查出Kp=2时，电容C1=C=0.01N E K=1时的电阻值。

R1=2.602KQR2=5.204KQR3=8.839KQ将上述电阻值乘以参数K=2,得：R1=5.204K拿取标称值5.1K+104QR2=10.408KQ取标称值10K+408QR3=17.698KQ取标称值15K+2.7K减勺18K二阶RC滤波器的传递函数表二阶无限增益多路反馈切比雪夫带阻滤波器设计用表二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表。

有源滤波器设计有源滤波器是一种电子滤波器，利用放大器的放大特性进行信号的频率选择性处理。

它具有放大和滤波功能，能够增强信号的强度并且滤除不需要的频率分量。

本文将介绍有源滤波器的设计原理和步骤。

有源滤波器的设计涉及到放大器的选择、滤波器类型的选择、设计计算和电路调试等方面。

下面将详细介绍这些步骤。

首先，选择合适的放大器。

有源滤波器使用放大器对信号进行放大和滤波，因此需要选择一个适合的放大器。

常见的有源滤波器放大器的类型有运算放大器、差分放大器和仪器放大器等。

根据设计需求选择放大器的增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗等性能指标，并且要考虑放大器的稳定性和可靠性。

第二步是选择滤波器类型。

有源滤波器有很多种类型，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

根据设计要求，选择适合的滤波器类型。

对于不同类型的滤波器，其频率响应和特性有所不同，需要根据实际需求进行选择。

第三步是进行设计计算。

根据滤波器的类型和设计要求，进行具体的电路设计计算。

根据设计要求，可以计算出放大器的放大倍数、电路的截止频率、频带宽度等参数。

需要考虑到滤波器的阻抗匹配问题，使得输入和输出阻抗能够适应实际应用中的要求。

接下来是电路的实际搭建和调试。

根据设计计算的结果，搭建实际的滤波器电路。

在搭建电路的过程中，需要注意正确连接电路元件，避免出现接错或接反的情况。

完成搭建后，进行电路的调试工作。

首先进行电路的初步测试，检查电路是否工作正常。

然后通过实际测试和调整，进一步改进电路的性能，确保满足设计要求。

最后，进行电路性能测试和评估。

使用信号发生器和示波器等仪器对滤波器的性能进行测试，包括放大倍数、频率响应、幅度失真和相位失真等指标。

根据测试结果进行性能评估，对滤波器的性能进行分析和改进。

总之，有源滤波器设计是一个综合性的工程，需要综合考虑放大器的选择、滤波器类型的选择、设计计算和电路调试等方面的问题。

通过合理的设计和调整，可以实现满足特定要求的滤波器电路。