四階巴特沃茲低通濾波器的設(shè)計與仿真

1、四階巴特沃茲低通濾波器的設(shè)計與仿真一. 電路工作原理1.電路用途濾波器是一種能使有用信號頻率通過，同時抑制無用頻率成分的電路，廣泛應(yīng)用于電子、電氣、通信、計算機等領(lǐng)域的信號處理電路中。濾波器的種類很多，本電路是一個四階巴特 沃茲型低通濾波器，其截止頻率為1khz,增益為2.6.四階巴特沃茲低通濾波器3.工作原理高階低通濾波器通常可由一階， 二階低通濾波器組成， 這樣可以改善低通濾波器的頻率 特性，如要求低通濾波器的阻帶特性下降速率大于|-40db/10oct|時，則必須采用高階低通濾波器。因此本電路中欲設(shè)計一個四階巴特沃茲低通濾波器，可用兩個二階巴特沃茲低通濾波器構(gòu)成。其具體設(shè)計步驟如下：先設(shè)

2、計四階巴特沃茲低通濾波器的傳遞函數(shù)，用兩個二階巴特沃茲低通濾波器構(gòu)成一個四階巴特沃茲低通濾波器，其傳遞函數(shù)為為了簡化計算，假設(shè)在所選擇的二階巴特沃茲低通濾波器中，其參數(shù)滿足如下條件:C1= C2= C , R1= R2= R由 fc =2,RC，選取C=0.1uf,可算得R=1.6KQ。GiG02G4(S,)=0*二二.s , 1S , , 1 S ._.r.2S , - 1/ .1rr2.(1)烏=0.765,堂=1.848 ,由此2.電路圖由表查得四階巴特沃茲低通濾波器的兩個阻尼系數(shù)分別為可算得兩個零頻增益分別為G01= 3一一 1=3 -0.765 = 2.235G02=3 -2 3 -

3、1.848 =1.152則式（1）的傳遞函數(shù)可寫為2.2351.152G4（S）= - *二-（2）s ,0.765S, 1S, 1.848S, 1可選用兩個巴特沃茲低通濾波器級聯(lián)組成。其中，第一級增益為Rf1Go1=1 =2.235 =1 1.235若選取 Rf1=12.35 KQ ,貝 U R” =10 KQ。同理，第二級增益為：Rf2G02=1 =1.152 =1 - 0.152若選取 Rf2=15.2 KQ，則 Ri2=100 KQ。這樣即可得到一個四階巴特沃茲型低通濾波器。二. 仿真工具軟件簡介ORCAD簡介：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最

4、廣的EDA軟件，每天都有上百萬的電子工程師在使用它，相對于其它EDA軟件而言，它的功能也是最強大的。Cadence公司在1999年與ORCAD公司合并后，更成為世界上更強大的開發(fā)EDA軟件的公司，它最新的產(chǎn)品工作于WINDOWS95與WINDOWSNT環(huán)境下，集成了電原理圖繪制，印制電路板設(shè)計、 模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能，它的電路仿真的元器件庫更達到了8500個，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊。ORCAD Capture作為設(shè)計輸入工具，它運行在PC平臺，用于FPGA、PCB和PSPICE設(shè)計應(yīng)用中。它是業(yè)界第一個真正基于Windows環(huán)境的原理圖輸入程序。Capture易于使用的功

5、能和特點使其已經(jīng)成為了原理圖輸入的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。PSPICE A/D : PSPICE是一個全功能的模擬與混合信號仿真器，它支持從高頻系統(tǒng)到低功耗IC設(shè)計的電路設(shè)計。PSPICE的仿真工具已和ORCAD Capture及Concept HDL電路 編輯工具整合在一起，讓工程師方便地在單一的環(huán)境里建立設(shè)計、控制模擬及得到結(jié)果。三. 仿真結(jié)果分析及討論仿真結(jié)果:3.0V圖1:電壓與頻率的關(guān)系圖2:增益與頻率的關(guān)系 由仿真結(jié)果可以看出：圖1中：在輸入幅值為1V的信號源時，輸出電壓約為2.6V，則其增益約為2.6,當(dāng)增 益下降到其0.707倍，即2.6*0.707=1.84V，在1.84V處可看出其截止頻率約為1KHz ,與設(shè) 計要求基本相符。圖2中：