负反馈结构的带通滤波器分析与设计

《现代电路理论与设计》课程实验报告实验名称负反馈结构的带通滤波器分析与设计实验日期2015-10-19班级研15-2班学号2015200236姓名汪瑶指导老师评分一、实验内容1、负反馈有源带通滤波器设计原理（1）转移函数:其中K=1+Ra/Rb，如果要设计的带通滤波器的转移函数形式为将上两式进行比较，可得电路参数与元件值的关系如下2、负反馈有源带通滤波器原理图图4.13.负反馈有源带通滤波器设计方法若令R=R1R2/(R1+R2)，R2=βR，C1=C，C2=αC，则有因此，可求得电路的设计公式为电路的设计步骤为：给定C、α、β的值；按上述设计公式依次确定R2、R1、R3的值；根据H0的值确定Ra和Rb的值。4、负反馈有源带通滤波器设计任务设计一个wp=10000rad/s，Q=1/√2的有源带通滤波器。二、实验目的（1）帮助学生理解滤波器的设计过程，掌握基本的设计技巧；（2）帮助学生学习并使用电路仿真软件；（3）借助仿真软件，分析和设计滤波器。三、实验过程1、理论计算①取C=1nF，α=β=1，wp=10000rad/s，Q=1/√2。②根据设计公式，可计算得，R2=100kr=3-√2≈1.586，取r=1.5R1=200kR3=200kH0=2③根据H0值，确定K，从而确定Ra和Rb得Rb/Ra=2501取Ra=1k,Rb=2501k。2、仿真步骤（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图4.2所示：图4.2仿真电路图（2）设置仿真参数，如下图4.3所示：图4.3仿真参数设置运行仿真，得到如下图4.4所示：图4.4输出/输入波特图（3）改变C1值。采用参数扫描方式，让C1的值从1n到11n，每2n取一次值。扫描方式设置如下图4.5所示，图4.5设置参数扫描范围设置参数扫描后的波形如图4.6所示，图4.6改变参数C1的波形变化（4）改变C2值。采用参数扫描方式，让C2的值从0.1n到1.1n，每0.2n取一次值。设置参数扫描后的波形如下图4.7所示图4.7改变参数C2的波形变化（5）改变Ra值。采用参数扫描方式，让Ra的值从1k到10k，每2k取一次值。扫描方式设置如下图4.8所示，图4.8设置参数扫描范围设置参数扫描后的波形如下图4.9所示图4.9改变参数Ra的波形变化（6）改变R1值。采用参数扫描方式，让R1的值从100k到200k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如下图4.10所示图4.10改变参数R1的波形变化（7）改变R2值。采用参数扫描方式，让R2的值从10k到110k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如下图4.11所示图4.11改变参数R2的波形变化（8）改变R3值。采用参数扫描方式，让R3的值从10k到110k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如下图4.12所示图4.12改变参数R3的波形变化四、实验结果分析（1）仿真结果分析由图4.4的波形图，可看出，在低频段，它的增益随频率的增大而增加，斜率为二十分贝每十倍频程；在高频段，它的增益随频率的增加而减小，斜率为负二十分贝每十倍频程。由图4.6的波形图，可看出，改变参数C1，随着容值的增加，低频段的截止频率逐渐减小，高频段变化不大。而且Q值变化不大。由图4.7的波形图，可看出，改变参数C2，随着容值的增加，高频段的截止频率逐渐减小，低频段变化不大，但Q值变化不大。由图4.9的波形图，可看出，改变参数Ra，随着阻值的增加，Q值在增大，中心频率几乎不移动。由图4.10的波形图，可看出，改变参数R1，随着阻值的增加，几乎整个波形向下平移，高频段移动的距离稍比低频段的大，中心频率几乎不移动，输出波形幅值逐渐减小。由图4.11的波形图，可看出，改变参数R2，随着阻值的增加，Q值在减小，低频段截止频率减小，高频段变化不大。由图4.12的波形图，可看出，改变参数R3，随着阻值的增加，波形同改变C1的值时相似，低频段截止频率减小很明显，高频段改变不大，不同的是Q值在增大，，输出波形幅值逐渐增大。（2）分析3dB带宽与品质因数Q的关系由上面各波形图可看出，品质因数Q越大，波形的隆起越高，当中心频率不变的时，波形就越瘦，即总波形又瘦又高，很容易看出，此时的带宽就越窄。（3）实验总结由上面仿真结果可看出，设计带通滤波器时，我们可以通过改变两个电容的容值来调整3dB通频带的大小，通过改变Ra或Rb或R1来改变Q值，综合考虑这两个方面，就可以设计出满足要求的滤波器。