精选带通滤波器设计最新123.doc

该【精选带通滤波器设计最新123 】是由【小吴】上传分享，文档一共【15】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【精选带通滤波器设计最新123 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书14目录1技术指标 12设计方案及其比较 73实现方案 104调试过程及结论 115心得体会 126参考文献 13武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书1带通滤波器设计1技术指标设计一个带通滤波器要求其技术指标要满足一下标准:上限截止频率:f=30kHz,下限截止频率:f=5KHz通频带带宽:Bw=25KHz,阻带衰减速率为:-40dB/10倍频电压增益:4<Av<:滤波器在电子电路中是一种对干扰信号或是无用的信号进行滤除的一种装置,包括电抗性元件L、C构成的无源滤波器、由集成运算放大器组成的有源滤波放大器,以及三极管滤波器等。滤波器分类:j按滤波器的组成元件的不同可以分为无源滤波器和有源滤波器。k按照滤波器的频率特性不同,滤波器通常可以分为四类:低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、带通滤波器。 低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。两类响应巴特沃斯响应〔最平坦响应〕武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书2 巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦,非常接近DC信号,然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB,最终逼近-20ndB/decade的衰减率,其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用,其对于维护增益的平坦性来说非常重要。切贝雪夫响应 在一些应用当中,最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。如果你可以接受通带具有一些纹波,就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。。要将高通的下限截止频率ω2设置小于低通的上限截止频率ω1。设计如图:高通滤波器低通滤波器ViVo A 阻带 通带 阻带 O ω图1有源带通滤波器在有源滤波器中,除集成运算放大器外,常包含复杂的无源网络,它是RC元件的组合,在分析时利用“拉普拉斯〞变换将电流电压变成“像函数〞同时引入运算阻抗代替无源元件RC,求解有源滤波器的传递函数。将信号从时域转变到频域,输入输出信号都可分解成假设干频率信号。传递函数: Av=uoui=Ajwe-jφω〔2-1-1〕它有幅频特性Ajw,相频特性φω。对于有源滤波器利用运放实现放大作用,所以RC环节实现滤波功能。其中有n个RC滤波环节就为n阶滤波,越多越好!运放使滤波器与负载隔离,增强了带负载的能力。:武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书3图2带通滤波方案一电路图图3方案一的幅频特性曲线由此计算其高频和低频指标。对于节点1、2分别列写KCL方程:1R1+1R2+SC1+SC2V1s-1R1Vis-1R2Vos-SC2V2s=0〔2-1-2〕1R3+SC2V2s-SC2V1s=0〔2-1-3〕假设其电压增益为A,那么V2s=1AVos〔2-1-4〕那么由上式联立得电路转移函数:Hs=VosVis=SAR1C1S2+S1R1+1R21C1+1R31C1+1C2-AR2C1+1R1+1R21R3C1C2武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书4〔2-1-5〕所以截止角频率:WD2=1R3C1C21R1+1R2〔2-1-6〕Q=ω0Bω或f0BωBω?ω0时,ω0=2πf0〔2-1-7〕Av=1+RfR5Av≤2〔2-1-8〕f上=12πR1C1,f下=12πR3C2〔2-1-9〕:图4带通滤波方案二电路图武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?,一种是无限增益多路负反响有源二阶低通滤波器电路,另一种是压控电压源〔VCVS〕有源二阶低通滤波器电路。在此主要介绍上电路设计中用到的压控电压源〔VCVS〕有源二阶低通滤波器电路。具体的电路如图:图6压控电压源〔VCVS〕有源二阶低通滤波器电路武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书7图7上图低通滤波器的幅频响应以上电路的信号从运放的同相输入端输入,故滤波器的输入阻抗很大,输出阻抗很小,运放和R5、R8组成电压控制电压源,因此称为压控电压源LPF。并且电容C3原来是接地的,改为接到输出端,形成集成运算放大器的正反响。对于这个反响,左边的电容C3使相位超前,右边的C4仍使相位滞后。只要参数选的适宜,可使整个电路在f0附近既带有正反响而又不造成自激振荡。这样,就可使滤波器f=f0附近的电压增益提高,使f=f0附近的对数幅频特性接近理想的水平线。低通滤波器的归一化传递函数为:As=AvS2+S1Q+1,其巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母为S2+√21Q+1,与其比较得Q=√22,该低通电路的传递函数为:AS=Av1R5R6C3C4S2+1R5C4+1R6C4+1-Av1R6C3S+1R5R6C3C4〔2-2-1〕与附表中低通滤波器传输函数的通用表达式相比较,可得滤波器性能参数的表达式如此下:低通滤波器的截止角频率,Wc=1R5R6C3C4=2πfc〔2-2-2〕WcQ=1R5C4+1R6C4+1-Av1R6C3〔2-2-3〕Av=1+R8R7〔2-2-4〕武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书7Q称为滤波器的品质因数,由上式可知,当按比例调节电阻和电容时,可以改变Wc的值,但对Q和Av的值没有影响,为了使幅频特性不出现凸峰,。图6电路的复数频率特性为:Av=Av1-ωcω2-ωcω?j?1Q-=Av1-fcf2-fcf?j?1Q〔2-2-5〕对数幅频特性为:20lgAvAv=20lg11-fcf22+fcf?j?1Q2〔2-2-6〕,抑制或衰减低频信号的电路。滤波器的阶数越高,幅频特性越接近理想高通特性。常用的有源二阶高通滤波器电路有两种形式,一种是无限增益多路负反响有源二阶高通滤波器电路,另一种是压控电压源〔VCVS〕有源二阶高通滤波器电路。而主要介绍上述方案中用到的压控电压源〔VCVS〕有源二阶高通滤波器电路。具体设计如以下图:武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书8图8压控电压源〔VCVS〕有源二阶高通滤波器电路图9上图低通滤波器的幅频响应该电路的传递函数:AS=AvS2S2+1R1C1+1R1C2+1-Av1R2C1S+1R1R2C1C2=AvSS2+ω?QS+ω?2〔2-2-7〕其中:Av=1+R4R3〔2-2-8〕ωc=1R1R2C1C2〔2-2-9〕WcQ=1R1C1+1R1C2+1-Av1R2C1〔2-2-10〕图8电路的复数频率特性为:Av=Av1-ωcω2-ωcω?j?1Q=Av1-fcf2-fcf?j?1Q〔2-2-11〕武汉理工大学?专业课程设计〔一〕?课程设计说明书9对数幅频特性为:20lgAvAv=20lg11-fcf22+fcf?j?1Q2〔2-2-12〕其中Q=:j方案一和方案二的不同表达在滤波的阶数上,方案一是二阶滤波,方案二是四阶滤波,其对应的幅频响应的斜率分别为-20dB每十倍频,-40dB每十倍频。斜率的绝对值越大越能接近滤波器的理想状态,越精确。k其次他们的不同还表达在滤波器电路中所用的运放上,方案一用了一个运放,而方案二中运用了两个运放。两个运放相对于一个使输出的阻抗变得更低,使RC滤波器与负载隔离,有更好的带负载能力,使滤波器的参数将更不易受负载影响。并且此处的运放为同相比例放大电路,对电路有放大作用,方案二提高了放大倍数。l该电路都采用了压控型滤波器。正反响的参加使滤波器在f0附近的电压增益提高,使f0附近的对数幅频特性接近理想的水平线。方案二现对于一能更好地实现该优势。3实现方案通过两种方案的比较可以看出方案二更有优势,更能使带通滤波的特性展现出来,所以最后选择了方案二,作为实现方案。