帶通濾波電路設(shè)計實驗報告

1、XXX大學課程設(shè)計報告課程名稱:模擬電子電路課程設(shè)計設(shè)計題目:300Hz3KHz 帶通濾波電路院（部）專 業(yè)學生姓名:學號：指導教師：第一章一、引言測量和分析工程信號時，往往只需對特定頻率或者特定頻率范 圍的信號進行測量和分析，但在實際工程信號中，往往包含各種各 樣的干擾信號或者說是人們不感興趣的信號。為了消除這些信號所產(chǎn)生的不良影響，人們最先想到的就是利用一個理想的濾波器，將 這些干擾信號全部剔除。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)的應用。二、濾波器的簡介1濾波器是一種只傳輸指定頻段信號，抑制其它頻段信號的電路。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，同時，由于集成運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，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達到提 高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應用于通信、測量 及控制技術(shù)中的小信號處理。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間互為對偶關(guān)系。當LPF 的通帶截

3、止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，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。在實用電子電路中， 還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路 。濾波電路的主要性能指 標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)計要求利用Multisim 仿真平臺試設(shè)計一有源帶通濾波器，要求為能低 于300Hz和高于3KHz的信號，整個帶通增益為 8dB,在30Hz和 300KHZ處幅頻衰減應不小于26dB。1. 畫出電路圖，說明工作原理，寫明電路參數(shù)及計算過程2. 進行電路仿真，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，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電路形式的確疋因為阻帶十倍頻程衰減要求不少于 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，一級高通濾波 電路和一級低通濾波電路串聯(lián)形成一個一級帶通濾波電路時，每一級的增益都為1.586，即4.006dB所以，選定，則由，選定，貝S進行仿真，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)為滿足實際應用情況保證300Hz3kHz的信號能夠全部通過，將下限頻率降低1.7%實際實際，選定此時電路如下:-II-54nFA4nFWV-:：1flkQ：:VCCU1AR4 17KQTLOaZCDEER3：1DkQ：:進行仿真，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，每一級的增益都為1.586 ,即4.006dB.所以-，選定，則-，選定，貝S進行仿真，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 Ptchof為滿足實際應用情況，將上限頻率提高3.3% ,此時實際，此時VP

8、H.C?運400 7M Ik40k lOOkFrequency (H?) 舊 V(PrebfeZ>VpH>tM >)此時中頻段增益為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芯片中有兩個運放，正好符合本濾波器所需運放的個數(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，但TL082價格較便宜，且完全可滿足本設(shè)計的所有要求，綜合考慮選用TL082VccOutput B Inputs BTL082 (Top View)第三章一、實驗結(jié)果分析1、設(shè)計結(jié)果將整合后的電路進行仿真，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,達到整個帶通增益為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，達到在30Hz和 300KHz處幅頻衰減應不小于26dB的要求。相頻特性如下：4、遇到的問題一開

11、始誤認為一級高通濾波電路與一級低通濾波電路相連，高通濾波電路為第一級，低通濾波電路為第二級，形成一個二級 帶通濾波電路。概念的錯誤，導致設(shè)計時高通和低通的增益不 對。進行仿真時得不到正確的幅頻特性曲線。3、解決方法一級高通濾波電路與一級低通濾波電路相連形成的是一級帶通 濾波電路，所以高通和低通的電路的增益都應為 1.586，即 4.006dB。修改每一級的電路增益為 1.586。第四章1、設(shè)計優(yōu)缺點巴特沃斯濾波器與切比雪夫濾波器相比，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)計是模擬電路學習的實踐課程，通過該課程的學習，我體會到理論要與實踐結(jié)合才能發(fā)揮作用，只學