ORCAD巴特沃思低通滤波器设计报告

巴特沃思低通滤波器设计报告指导教师：吴贵能学院：国际半导体学院专业：微电子班级：1611201姓名：徐海峰学号：2012215117一、实验内容：设计一个巴特沃思低通滤波器，要求：截止频率fC=100Hz，止带fS=300Hz，衰减量AS＞50dB。二、参数计算：2.1、巴特沃思低通滤波器的阶数N估算：由截止频率fc比止带频率fa可得：则滤波器阶数N为：N为整数，所以取N为6，即为六阶巴特沃思低通滤波器。2.2、传递函数：采用三个二阶巴特沃思构成一个六阶巴特沃思低通滤波器，由教材《集成电路原理及应用》P180页表6-2-1，可得六阶巴特沃思传输函数为：式中G0i表示各级增益。2.3、各级R、C值：第一级选取如图1所示电路，由fC=100=1/（2piRC），取C=0.1uF,得R=16K,由1=0.518,得G01=3-Rf1/Rf2=G01–1=1.482,取Rf2=10K,则Rf1=14.28K图1SSCf300Ω===3f100SSA60N≥=≈5.320logΩ20log30.51811.93211.4141022010322λλλλλλGGG(S)=SSSSGSS同理可得第二级、第三级参数。第二、三级R、C，只是G02、G03各不相同，显然：G02=3-2=3-1.414=1.576=1+0.576G03=3-3=3-1.932=1.062=1+0.062取Rf22=1K,则Rf12=0.576K，取Rf23=0.5K,则Rf13=0.124K。于是得到三级二阶低通滤波器的参数，理论上说，三级级联的顺序无关，但通常将较小的放在最后。由上述可得电路如图2所示。图2三、电路装配：3.1仿真工具：PC、ORCAD9.2。3.2运放选型及参数：选取LM358作为滤波器的核心运放，其具有以下特点：○1内部频率补偿；○2直流电压增益高(约100dB)；○3单位增益频带宽(约1MHz)；○4电源电压范围宽：单电源(3—30V)、双电源(±1.5一±15V)低功耗电流，适合于电池供电；○5LM358低输入偏流、低输入失调电压和失调电流；○6共模输入电压范围宽，包括接地；○7差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；○8输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)。3.3原理图：图3四、仿真分析：4.1波特图：图4图5由上图4、图5可得该滤波器通频带增益为13.596dB；由图4可得截止频率fC=100Hz处增益为10.512dB，衰减了3.0836dB；由图5可得止带频率fS=300Hz处增益为-43.392dB，衰减了56.988dB。所有满足设计要求在此处衰减量AS＞50dB。4.2疑点分析：问题：为何频率在20Khz以后会出现增益上升，然后趋于稳定？猜测：由于运放LM358的带宽限制。五、心得体会：虽然这次实验只有短短的4次课，但在老师的细心讲解以及参考教材第6章PPT，我初步掌握了巴特沃思低通滤波器设计思路和方法，学会了使用orcad仿真软件进行仿真，也通过自己的思考克服设计过程中的种种困难，我收获颇丰。原来对理论知识理解不足导致在仿真过程中出现很多问题，例如品质因素Q和传递函数等不知如何去算，不知道电阻值的改变会对图形产生那些影响等，在尝试改变电阻时也时刻看图形的改变，这使得原来死板的公式变得有血有肉起来，同时也加强了对公式的理解。对现有知识还是不能很好的解决仿真中的问题。特别是对软件的应用上，非常不熟练。在去过多次图书馆，翻阅相关书籍我对软件的应用才有了初步了解。这次实践我认识到想要把知识实际运用还用很长路要走，同时理论知识是实际应用的基础，只有扎实的理论知识才能对实践应用提供可靠,强大的支持。