带通滤波器的设计和仿真

带通滤波器的设计和仿真学院信息学院姓名吴建亮学号201203090224班级电信1202时间2014年10月1.设计要求设计带通为300Hz～10KHz的带通滤波器并仿真。2.原理与方案2.1工作原理：带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。2.2总体方案易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器1A0，截止频率z10ffckHH，选取第一级高通滤波器的541.01Q,第二级的高通滤波器的306.12Q。主要参数：电容,p10002FC则基准电阻5.15945f212c0CR，FCAQCp2341)1(400112，取标称值2400pF，1470920101AQRR,取标称值14.7kΩ，kRAR7.14102，取标称值14.7kΩ，7354)1(20103AQRR，取标称值7.32kΩ，609320204AQRR,取标称值6.04kΩ，kRAR04.6405，FCAQCp13645)1(440232,取标称值0.013μF,3046)1(20206AQRR,取标称值3.01ķΩ，同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益1A0，截止频率z300ffcHL，选取第一级高通滤波器的541.03Q,第二级的高通滤波器的306.14Q。主要参数如下：电容FCCC033.0~0105，，kR08.16Cf210C0kAQRR9.9)/12(0307，取标称值10kΩ，kAQRR1.26)21(0308，取标称值27kΩ，kAQRR10.4)/12(0409，取标称值3.9kΩ，kAQRR98.62)21(04010，取标称值62kΩ。3电路设计图3-1高通滤波器图3-2低通滤波器如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。4仿真、分析图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示，其输入的正弦信号的幅值均为2V，滤波器的仿真结果符合预期结果。图4-1Hz300f时滤波器仿真结果图4-2f=1000Hz滤波器仿真结果图4-3f=10kHz滤波器仿真结果图4-4下限截止频率图4-5上限截止频率图4-6通带频率电路的波特图如图4-4，图4-5，图4-6所示。从表4-1和图4-4所仿真结果看，滤波器通带范围理论值在z7.9~z310kHH，且在通带范围内增益0A较为稳定,在1左右。f/Hz50100200250280300310330360oppV/V0.0010.0230.3730.9071.2671.3751.5321.6301.877f/Hz4005001000200030004000500060007000oppV/V2.0452.0872.1722.0391.9851.9771.9801.9621.914f/kHz88.28.599.39.7101112oppV/V1.8281.8201.7951.6501.6091.5121.4351.1810.868表4-1有源滤波器仿真测试结果从表4-1和图4-4所仿真结果看，滤波器通带范围理论值在z7.9~z310kHH，且在通带范围内增益0A较为稳定,在1左右。5总结用LC网络组成的无源带通滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源带通滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。利用有源带通滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源带通滤波器还兼有放大与缓冲作用。本次实验通过有源4阶带通滤波器的设计，了解了一系列滤波器的知识，同时能熟练掌握multisim的应用，收获颇丰。