二阶高通有源滤波器

模拟电子技术课程设计报告书课题名称二阶有源高阶滤波器的设计姓名谢祥丹学号1412501-08院、系、部通信与电子工程学院专业电子科学与技术指导教师蒋冬初2016年1月14日※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2014级电子科学与技术专业模拟电子技术课程设计一、设计任务及要求：设计任务：设计一个二阶高通有源滤波器要求：1.设计一个下限截止频率为21kHz二阶高通滤波器。2.采用Multisim12.0仿真电路，并进行验证和完善所设计方案。3.完成设计实验报告。4.学习相关的一些理论知识。指导教师签名：2016年1月14日二、指导教师评语：指导教师签名：2016年1月14日三、成绩验收盖章2016年1月14日二阶有源高通滤波器的设计1设计目的（1）熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。（2）学会二阶有源滤波电路的快速设计方法。（3）掌握二阶有源滤波电路的调试及幅频特性和相频特性的测试方法。2设计思路（1）设计一个下限截止频率为21kHZ二阶有源高通滤波电路。（2）选择合适的运算放大器以及合适的电容电阻，并使之构成完整的电路图。（3）进行相关的调试工作。3设计过程二阶有源高通滤波器由直流稳压电源电路，二阶高通滤波器电路组成。总设计图如图1所示：图1总设计图3.1方案论证根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于25KHz的信号可以通过，而低于25kHz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数：即A(s)=A(vf)*S^2/(S^2+W(c)/Q*S+W(c)^2)式中W(c)=1/RCQ=1/(3-A(vf))电路中既引用了正反馈，又引入了负反馈。当信号频率趋于零时，反馈很弱；当信号趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up(s)趋于零。所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因为负反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制由集成运放和R1,R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽的优点。电路中C、R构成反馈网络3.2电路设计（1）设计原理二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。二阶高通滤波器的理想物理模型如图2所示R11kΩC11µFC21µFR21kΩR31.0kΩR41.0kΩU1ALF412ACN32481VDD5V图2二阶高通滤波器的理想电路图（2）设计分析二阶有源高通滤波电路图如图2所示，由图可见，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。二阶有源高通滤波电路：a.通带增益A(vp)=1+R(f)/R1b.传递函数A(s)=(sCR)^2*A(vp)/[1+(3-A(vp)*sCR+(sCR)^2]c.频率响应令f0=1/2*pi*CRQ=1/(3-A(vp))则可得出频率响应表达式Ar=A(vp)/[1-(f0/f)^2+j(1/Q)*(f0/f)](3)参数计算电容器C1、C2的容量应在纳法数量级上，电阻的阻值应该在几百千欧以内。现选择电容大小C1=C2=5nf,则根据公式可得：R=1/[2*pi*fL*C]=1/(2*3.14*21000*0.000000005)=1.516千欧，选择电阻1.55千欧。与计算时有一点误差，所以，可能导致截止频率比21KHz稍有偏差。所以选择：R=Ro=1.3千欧，C1=C2=5nf,Rf=5千欧，R1=10千欧则：Ao=1+Rf/R1=1.5(符合A(vp)3,能稳定工作)4调试与结果（1）组装二阶有源滤波电路。其中：R1=10千欧R=Ro=1.55千欧Rf=5千欧C=C1=C2=5nf（2）仿真电路图如图3XFG1VDD15VR35kΩR410kΩC15nFC25nFVCC-15VR11.55kΩR21.55kΩU1OPAMP_5T_VIRTUALXSC1ABExtTrig++__+_XBP1INOUT图3仿真电路图（2）波特仪显示结果如图4所示图4仿真结果由图4可知，此电路对20KHz以下的信号具有一定的过滤作用，对20kHz以上的信号可以完全通过。此外，由于受运放增益带宽积为有限值的影响，高通滤波器的幅频响应有所下降（3）当输入信号为22kHz，10V时示波器显示结果如图5所示图5仿真结果（4）当输入信号为120Hz，10V时示波器显示结果如下图6所示图6仿真结果根据图5和图6的对比可知，此电路对21KHz以上的信号可以通过，对20KHz以下的信号有一定的抑制作用。5主要仪器与设备一个波特仪一个示波器一个运算放大器两个5nf的电容两个1.55千欧的电阻，一个5千欧的电阻，一个10千欧的电阻函数信号发生器一个6设计体会与建议6.1设计体会对于二阶高通有源滤波器的设计，开始的时候，我真的感觉无从下手，不知该选用什么样的芯片，没有任何设计思路，我这才知道理论与现实的差距。我花了很多时间在方案的讨论与选择，电路的分析与设计中，到最后的电路仿真测试，让我真正的感觉到了自己各方面知识的匮乏以及经验的不足，还有自己平时对细节的忽视，通过这次课程设计也使我学到了很多我平常都不知道的东西，更重要的是我明白了一个道理，有些东西只有你去做了才知道行不行，还有就是以后必须更加加深理论知识的学习以及与实践的结合。6.2对设计的建议在我们初次接触课程设计的时候，我希望老师多给我们一些建议与指导。当然一味的把设计思路以及方法告诉我们也是不可取的，这样我们就几乎学不到什么东西，更不要说去开发自己的创新思维了。像这些设计题目都是相当经典的，我们能够在原来的基础上改变一点，这样就能避免有些同学由于懒惰而不愿发时间去思考，但也能顺利完成这个课程设计。其次，我觉得学校要尽量多给我们这样的机会，只有这样我们才能更好的以理论联系实际。参考文献[1]康华光主编.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2011[2]童诗白华成英主编.模拟电子技术基础-第三版[M].高等教育出版社,2001.[3]崔玮主编.电路原理图与电路板设计教程[M].北京：海洋出版社,2004.