帶通濾波電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、XXX大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:模擬電子電路課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:300Hz3KHz 帶通濾波電路院（部）專 業(yè)學(xué)生姓名:學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：第一章一、引言測(cè)量和分析工程信號(hào)時(shí)，往往只需對(duì)特定頻率或者特定頻率范 圍的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和分析，但在實(shí)際工程信號(hào)中，往往包含各種各 樣的干擾信號(hào)或者說是人們不感興趣的信號(hào)。為了消除這些信號(hào)所產(chǎn)生的不良影響，人們最先想到的就是利用一個(gè)理想的濾波器，將 這些干擾信號(hào)全部剔除。本文將以二階有源帶通濾波器為例熟悉濾 波的原理并掌握其相關(guān)的應(yīng)用。二、濾波器的簡(jiǎn)介1濾波器是一種只傳輸指定頻段信號(hào)，抑制其它頻段信號(hào)的電路。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：1.1無源濾波器：

2、由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成1.2有源濾波器：一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu) 點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低， 故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有 用頻率的信號(hào)，衰減無用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提 高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量 及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。2. 從功能來上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（APF）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF 的通帶截

3、止頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，將LPF與HPF相串聯(lián), 就構(gòu)成了 BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實(shí)用電子電路中， 還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路 。濾波電路的主要性能指 標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù) AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。三、主要設(shè)計(jì)要求利用Multisim 仿真平臺(tái)試設(shè)計(jì)一有源帶通濾波器，要求為能低 于300Hz和高于3KHz的信號(hào)，整個(gè)帶通增益為 8dB,在30Hz和 300KHZ處幅頻衰減應(yīng)不小于26dB。1. 畫出電路圖，說明工作原理，寫明電路參數(shù)及計(jì)算過程2. 進(jìn)行電路仿真，仿真結(jié)果要求為帶通濾波器的幅頻和相頻特性3. 在Multisim中，在電路

4、輸入端輸入一正弦信號(hào)，幅值不變，改變頻率，利用示波器觀察輸入輸出波形，做出波特圖。第二章、電路設(shè)計(jì)和分析1、電路組成原理匚二 高通濾波電路丨> 低通濾波電路I叫低迪.°jeg 苗1-4 I II迪a> I牯帶迪O &>he咼通截止角頻率 ,高通截止頻率 -低通截止角頻率-,低通截止頻率 -必須小于2、傳遞函數(shù)2.1二階高通濾波電路二階高通濾波電路的傳遞函數(shù),式中 ，2.2二階低通濾波電路二階低通濾波電路的傳遞函數(shù),式中歸一化的幅 頻響應(yīng)曲線3、電路電路形式與元件參數(shù)的確定oprurffIAI7(Prot»2>7(PraDel40 70400

5、1kFrequency (Hz)4k 10k4Hk xOOk3.1電路形式的確疋因?yàn)樽鑾额l程衰減要求不少于 26dB,而一階帶通濾波電路每十 倍頻程衰減只有20dB達(dá)不到衰減要求，二階帶通濾波電路每十倍頻 程衰減40dB滿足阻帶衰減要求，所以濾波電路選用二階帶通濾波電 路。3.2電路元件參數(shù)的確定二階高通濾波電路參數(shù)的確定根據(jù)巴特沃斯濾波電路階數(shù) n和增益的關(guān)系表可知，一級(jí)高通濾波 電路和一級(jí)低通濾波電路串聯(lián)形成一個(gè)一級(jí)帶通濾波電路時(shí)，每一級(jí)的增益都為1.586，即4.006dB所以，選定，則由，選定，貝S進(jìn)行仿真，幅頻特性曲線如下圖高通濾波器AC Analysis(mai, 093d3)

6、(1 k/-01dB：lfr A(1 00k, 3.98dB)為滿足實(shí)際應(yīng)用情況保證300Hz3kHz的信號(hào)能夠全部通過，將下限頻率降低1.7%實(shí)際實(shí)際，選定此時(shí)電路如下:-II-54nFA4nFWV-:：1flkQ：:VCCU1AR4 17KQTLOaZCDEER3：1DkQ：:進(jìn)行仿真，結(jié)果如下:高通濾波器AC AnalysisQpracBe*104070 1OT400 7OT 1k4k 7k 10k40k IQOkFrequency (Hz)此時(shí)中頻段增益為4.01dB,符合增益要求，295.64Hz處增益為0.95dB,，滿足調(diào)整后宀實(shí)際截至頻率處增益下降3dB的 要求。相頻曲線如下：

7、高通.濾波器104070 100400700 Ik4k 7k 10kFrequency (Hz)40k lOCk問站FidEE/VFeB i .322二階低通濾波電路參數(shù)的確定由可知，每一級(jí)的增益都為1.586 ,即4.006dB.所以-，選定，則-，選定，貝S進(jìn)行仿真，幅頻特性曲線如下圖低通濾波器AC Analysis-I. * - - 10OW-20-30-50創(chuàng)upm蘭LJ1PW(30 14k.(r59k. 3 7DdB)400700 lk4k 7k 10KFreusncy (Hz)40k100kX/，：f.誠(chéng) Ptchof為滿足實(shí)際應(yīng)用情況，將上限頻率提高3.3% ,此時(shí)實(shí)際，此時(shí)VP

8、H.C?運(yùn)400 7M Ik40k lOOkFrequency (H?) 舊 V(PrebfeZ>VpH>tM >)此時(shí)中頻段增益為3.97dB,符合增益要求，3.11kHz處增益為0.97dB,滿足調(diào)整后宀實(shí)際截至頻率處增益下降3dB的要求相頻曲線如下：低通濾波器200(b p)1k. -90.4)(3014k. 73 19(l'.6lk45.U)100斗 00700 Ik4k 7k 10k40kFrequency (Hz)V(Pipb*2p/(Pt&b«1)4.電路整合將二階高通濾波電路和二階低通濾波電路串聯(lián)，形成二階帶通濾波電路，電路如下圖所示

9、：芯片的選擇 一片TL082芯片中有兩個(gè)運(yùn)放，正好符合本濾波器所需運(yùn)放的個(gè)數(shù) 其具有4M帶寬，高輸入阻抗，失調(diào)電流低，與OPA690、OPA680相比，能力差一點(diǎn)，但TL082價(jià)格較便宜，且完全可滿足本設(shè)計(jì)的所有要求，綜合考慮選用TL082VccOutput B Inputs BTL082 (Top View)第三章一、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、設(shè)計(jì)結(jié)果將整合后的電路進(jìn)行仿真，幅頻特性如下圖：帶通濾波器AC /Analysis"弓一 UEPPIA(230 24.4,d7aEl-4、滬iSOlk. 5.22dB)294 53l 斗盟 cBi:2k. 4.S7CEX )(l.OQKm &6

10、,541dB|i(1.63k 7.7WB) *2.90k 5.47dByJ':3pO9k-3146dB":%廠.丄一飛、4k 7k 10k+0k100k4070 1004fl0 700 1kFrequency (Hz)1.通帶增益為7.96dB,達(dá)到整個(gè)帶通增益為8dB的要求2. 在上限頻率處和下限頻率處，增益約為3dB ,滿足截至頻率處增益 下降3dB的要求，達(dá)到300Hz3KHz的帶寬和通頻帶要 求。3. 在和處，增益約為。，符合二階濾波電路 每十倍頻程衰減40dB的衰減特性，達(dá)到在30Hz和 300KHz處幅頻衰減應(yīng)不小于26dB的要求。相頻特性如下：4、遇到的問題一開

11、始誤認(rèn)為一級(jí)高通濾波電路與一級(jí)低通濾波電路相連，高通濾波電路為第一級(jí)，低通濾波電路為第二級(jí)，形成一個(gè)二級(jí) 帶通濾波電路。概念的錯(cuò)誤，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)高通和低通的增益不 對(duì)。進(jìn)行仿真時(shí)得不到正確的幅頻特性曲線。3、解決方法一級(jí)高通濾波電路與一級(jí)低通濾波電路相連形成的是一級(jí)帶通 濾波電路，所以高通和低通的電路的增益都應(yīng)為 1.586，即 4.006dB。修改每一級(jí)的電路增益為 1.586。第四章1、設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)巴特沃斯濾波器與切比雪夫?yàn)V波器相比，它在通頻帶內(nèi)外都有平穩(wěn)的幅頻特性，但有較長(zhǎng)的過渡帶，在過渡帶上很容易造成失真。2、課程總結(jié)模電課程設(shè)計(jì)是模擬電路學(xué)習(xí)的實(shí)踐課程，通過該課程的學(xué)習(xí)，我體會(huì)到理論要與實(shí)踐結(jié)合才能發(fā)揮作用，只學(xué)