带通滤波器设计报告
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带通滤波器设计实验报告
姓名:何绍金
班级:自动化1202
学号:201203870408
指导教师:贾立新
2014年10月12日
一、实验题目
设计一个4阶带通滤波器,其通带范围为300Hz~10kHz,通带增益A0=1。
内容:带通滤波器设计要求上限和下限频率分别是10kHz和300Hz,通带增益A0=1。
该带通滤波器是由一个高通滤波器和一个低通滤波器级联得到的。
带通滤波器总原理图如图1所示。
图1 带通滤波器原理图
二、电路设计
带通滤波器按品质因数Q的大小分为窄带滤波器(Q>10)和宽带滤波器(Q<10)两种。
本例设计的带通滤波器,上限频率f H=10kHz,下限频率f L=300Hz,带通滤波器的中心频率f 0与品质因数Q分别为
f 0 =L H f f =1732Hz 1786.0)/(/00=-==L H f f f BW f Q
显然,Q <10,故该带通滤波器为宽带带通滤波器。
宽带带通滤波器由高通和低通滤波器级联构成。
本例设计的带通滤波器由4阶低通滤波器和4阶高通滤波器级联而成。
4阶低通滤波器的原理如图2所示,由两级2阶多重反馈低通滤波器级联而成。
主要指标为带通增益A 0=1,截止频率f c =f H =10kHz ,选择Q 1=0.541,Q 2=1.306。
图
2 4阶低通滤波器原理图
主要参数计算如下所示: 选电容C 2为2200pF ,则 基准电阻:R 0=1/(2πf c C 2)=7.23k Ω
C 1=4Q 12(1+A 0)C 2=5151pF,取标称值5100pF R 1=R 0/(2Q 1A 0)=6.68k Ω R 2=R 1A 0=6.68k Ω
R 3=R 0/[2Q 1(1+A 0)]=6.68k Ω
同样地:
选电容C8为2200pF,则
基准电阻R0=1/2πf c C4=7.23kΩ
C7=4Q22(1+A0)C8=0.0313µF,取标称值0.033µF
R4=R0/(2Q2A0)=2.77kΩ
R5=R4A0=2.77kΩ
R6=R0/[2Q2(1+A0)]=1.38kΩ
高通滤波器原理图如图2 所示。
通带增益A0=1,截止频率f c= f L=300Hz,选择第一级高通滤波器的Q3=0.541,选择第二级高通滤波器的Q4=1.306。
主要参数选取如下:
电容C5~C10=C0=0.033µF,R0=1/(2πf c C0)=16.08kΩ
R7=R0/[Q3(2+1/A0)]=9.9kΩ,取标称值10kΩ
图3 4阶高通滤波器原理图
R8=R0Q3(1+2A0)=26.1kΩ,取标称值27kΩ
R9=R0/[Q4(2+1/A0)]=4.10kΩ,取标称值3.9kΩ
R10=R0Q4(1+2A0)=62.98kΩ,取标称值62kΩ
三、电路仿真
用Multisim软件对带通滤波器电路进行仿真,其结果如图3所示。
图4 带通滤波器下限仿真结果
图5 带通滤波器上限仿真结果
从仿真的结果来看,上限频率约为10kHz,下限频率约为300Hz。
四、实验结论
由低通滤波器和高通滤波器级联构成的带通滤波器实际电路经过测试,其实验结果如表1所示,输入正弦信号的峰峰值为2V。
表1 带通滤波器实际测试结果
f i/kHz0.2 0.4 1 2 3 4 5 v opp/V0.53 2.26 2.23 2.28 2.32 2.35 2.34
f i/kHz 6 7 8 9 10 11 12 v opp/V 2.32 2.25 2.12 2.02 1.64 1.18 0.80
从表1测试结果可以看出,该带通滤波器的带通增益约为1.08,实际通带范围约为400Hz~12kHz,虽然该结果与题目要求的通带范围存在着一定的误差(产生误差的原因主要是电阻电容参数采用标称值以及电阻和电容元件的容差),但是基本符合300Hz~10kHz的要求。
故本设计基本上达到实验设计题目所规定的要求指标。