巴特沃斯有源高通濾波器的設(shè)計(jì)-

1、昆明理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課題名稱:巴特沃斯有源高通濾波器的設(shè)計(jì)專業(yè)名稱:電子信息工程學(xué)生班級(jí):09級(jí)電信三班學(xué)生姓名:周劍彪學(xué)生學(xué)號(hào):200911513339指導(dǎo)老師:王慶平設(shè)計(jì)時(shí)間:2011年6月23日第一部分:題目分析及設(shè)計(jì)思路(一、濾波器簡(jiǎn)介濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。主要作用是:讓有用信號(hào)盡可能無(wú)衰減的通過(guò),對(duì)無(wú)用信號(hào)盡可能大的衰減。 濾波器按照所處理的信號(hào),可以分為:模擬濾波器和數(shù)字濾波器;按照信號(hào)的頻段,可以分為:低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種;按照所采用的原件,也可以分為:無(wú)源濾波器和有源濾波器。用來(lái)說(shuō)明濾波器性能的技術(shù)指標(biāo)主要有:中心頻率f0,即工作頻帶的中心

2、;帶寬BW;通帶衰減,即通帶內(nèi)的最大衰減阻帶衰減等。(二巴特沃斯濾波器簡(jiǎn)介巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最平滑。這種濾波器最先由英國(guó)工程師斯替芬巴特沃斯(Stephen Butterworth在1930 年發(fā)表在英國(guó)無(wú)線電工程期刊的一篇論文中提出的。一級(jí)至五級(jí)巴特沃斯低通濾波器的響應(yīng)如下圖所示: 巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦,沒有起伏,而在阻頻帶則逐漸下降為零。在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波特圖上,從某一邊界角頻率開始,振幅隨著角頻率的增加而逐步減少,趨向負(fù)無(wú)窮大。(三、巴特沃斯有源高通濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的掌握濾波器的基本概

3、念;掌握濾波器傳遞函數(shù)的描述方法;掌握巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)方法;設(shè)計(jì)一個(gè)巴特沃斯濾波器,其技術(shù)指標(biāo)為:(1阻帶截止頻率: fc = 1kHz ;(2通帶放大倍數(shù):Aup =2;(3品質(zhì)因素:Q = 1;(4阻帶最小衰減率:-25dB。設(shè)計(jì)要求:(1確定傳遞函數(shù);(2給出電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù);(運(yùn)算放大器可以選擇(3利用PSPICE 軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真,得到濾波器的幅頻響應(yīng),是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo);第二部分:電路原理分析及基本電路圖(一確定傳遞參數(shù): 二階高通濾波器的通帶增益 截止頻率,它是二階高通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù),它的大小影響高通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。(二給出電路結(jié)構(gòu)

4、:一般來(lái)說(shuō),濾波器的技術(shù)指標(biāo)往往是幅頻響應(yīng)特性。所有的技術(shù)指標(biāo)基本上都可以通過(guò)濾波器的傳遞函數(shù)計(jì)算得到。因此,從一定程度上講,濾波器的設(shè)計(jì)就是尋找一個(gè)合適的傳遞函數(shù),使其能夠滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)。選取的電阻的標(biāo)稱值盡量接近計(jì)算結(jié)果,按圖構(gòu)成二階高通濾波器或高通濾波節(jié)。特別注意的是,增益k為靚電容的比值,所以應(yīng)該把電容C1和C2的數(shù)值選成符合電容標(biāo)稱值的元件,否則就需要在電路中并聯(lián)微調(diào)電容,這將增加調(diào)試難度。在工程設(shè)計(jì)中,高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)通常是利用低通濾波器的原型,經(jīng)過(guò)頻率變換得到。這樣就轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)低通濾波器的設(shè)計(jì)。因此,根據(jù)低通原型濾波器的技術(shù)指標(biāo),確定階次N,再確定巴特沃斯低通原

5、型的傳遞函數(shù),再通過(guò)頻率變換獲得一般濾波器的傳遞函數(shù)。 據(jù)題意可知為二階高通有源濾波器,由RC網(wǎng)絡(luò),放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)等組成,初步電路圖如上所示。第三部分:電路參數(shù)確定1電阻為參數(shù)K=1時(shí)的值,單位為K。2.由表得f=1KHe時(shí),取C=0.01uF;3.由表可知當(dāng)Av=2時(shí)電容C1=C=0.01uF;K=1時(shí),電阻R1=15K,Rf=15K,R=15.915K 第四本分:電路的功能或性能驗(yàn)證根據(jù)濾波器的基本特性所設(shè)計(jì)電路基本滿足題目要求,基本沒有太大的問題。詳細(xì)電路圖及驗(yàn)證結(jié)果出現(xiàn)在第五部分。注意問題:所選元件的標(biāo)稱值必須與計(jì)算結(jié)果非常接近,高階高通濾波器要求元件比低階要更精確些,若電路中全部電阻值乘以某一常數(shù),同時(shí)全部電容都除以該常數(shù),濾波器性能不會(huì)改變,這樣可以微選取元件的標(biāo)稱值帶來(lái)好處。第五部分:設(shè)計(jì)成果EWB建立在SPICE基礎(chǔ)上,它具有以下突出的特點(diǎn):(1采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路:在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái),繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選取;(2軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似,可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。（3）EWB 軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法。 （4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換 數(shù)據(jù)。 （5）EWB 還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以 用比