二阶巴特沃斯有源滤波器设计（word版）.docx-资料库

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第1页.png

第1页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第2页.png

第2页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第3页.png

第3页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第4页.png

第4页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第5页.png

第5页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第6页.png

第6页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第7页.png

第7页 / 共14页

6ae27b7e-3a7e-4d22-b5c3-043fecdeec8c.docx.pdf-第8页.png

第8页 / 共14页

目录 1、系统概述 ........................................................................................................................................................2 2、方案论证 ........................................................................................................................................................2 3 硬件设计 ............................................................................................................................................................6 3.1 系统的原理方框图 ................................................................................................................................ 6 3.2 电路原理图 ............................................................................................................................................ 6 3.3 元器件选型 ........................................................................................................................................... 7 3、系统调试 ........................................................................................................................................................8 4.1 仿真软件简介 ........................................................................................................................................ 8 4.2 系统仿真结果 ....................................................................................................................................... 9 设计心得 ..............................................................................................................................................................12 参考文献........................................................................................................................................................13 1

1 系统概述滤波器在通信测量和控制系统中应用非常广泛。理想滤波器应在要求的频带内具有均匀而稳定的增益, 而在通带以外则能够迅速衰减。按处理信号的不同, 滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器, 模拟滤波器按构成元件的不同又可分为有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器是指网络由电阻、电容及有源器件(三极管、运算放大器等, 通常是运算放大器)构成。然而实际的滤波器距此有一定的差异,为此我们需要采用高阶电路逼近理想滤波器。运算放大器和RC 网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点，如设计标准化、模块化、易于制造等，由于不存在电感元件, 所以免除了电感所固有的磁场屏蔽、非线性、体积和重量过大等缺点。[1]集成运放和RC 网络组成的有源滤波器比较适用于低频, 由于运算放大器固有的增益和输入电阻无穷大、输出电阻非常小, 能提供一定的信号增益，并能够有效地克服系统地负载效应起到缓冲作用，因而RC有源滤波器在现代电子技术中得到了广泛的应用，如用于小信号处理, 可作为抑制干扰、噪声、衰减无用频率信号而突出有频率信号达到提高噪声比或选频的目的。在实际应用中, 综合考虑电路滤波特性和信号增益, 一般选用有源滤波器, 因此, 研究其设计有很大的实际意义[2] 。本设计有源带通滤波器，其信号通频范围在100Hz至10kHz之间，带内波动不大于3dB, 阻带抑制比为40dB/dec。 2 方案论证一个理想滤波器的幅度响应在要求的通带内应具有均匀而稳定的增益, 而在通带以外则具有无穷大的衰减。当然, 这不可能在物理上实现。然而, 可以采用各种传递函数逼近理想滤波器的频率特性。一般, 所需设计滤波器的传递函数表示为: Hs =amsm+am−1sm−1+…+a1s+a0 bnsn+bn−1sn−1+…+b1s+b0 =k(s−z1)(s−z2)…(s−zm) (s−p1)(s−p2)…(s−pn) 典型一阶、二阶低通滤波器传递函数的标准形式分别为: 2

一阶： Hs = Aωc 2+ ωc , 二阶：Hs = A ωc2 2+ ωcQ ∗+ ωc2 其中A 是电压增益;ωc 是截止角频率;Q 是品质因数。任意的传递函数均可由若干一阶滤波环节和二阶滤波环节构成, 即滤波器的级联实现, 其传递函数为: H(s) = H1(s)H2 (s)…Hk(s), k ≤m[3] 所以可以利用典型的一阶和二阶滤波环节构建任意高阶的滤波器。由阻带抑制比为 40dB/dec，20lg102=40,应采用二阶滤波电路。根据不同的设计需求，最常用的滤波电路有三种，即巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔滤波电路。巴特沃斯滤波电路的幅频响应在通频带内具有最平幅度特性，但从通带到阻带衰减较慢；切比雪夫滤波电路能迅速衰减，但允许有一定的波纹；贝塞尔滤波电路着重于相频响应，其相移与频率基本成正比，可得失真较小的波形。由于巴特沃斯滤波电路具有最平幅度特性，可以使通频带内的信号的失真降到最小，故采用二阶巴特沃斯有源二阶滤波电路，如图1 所示。集成运算放大器和电阻R3 及R4 构成压控电压源, 其中运放为同相输入, 输入阻抗很高,输出阻抗很低, 该电路优点是电路性能稳定, 增益容易调节。 ○1 电容C1 接到运放的输出形成正反馈，具有超前作用,C2 具有滞后作用, 其传递函数为：理想电压放大倍数为:A==1+43 Hs = A ωc2 ωc2= 11212 其中: 2+ ωcQ ∗+ ωc2 ○2 ○3 3

Q= 1212 2 1+2 +11(1−) ○4 Hs = As2 2+ ωcQ ∗+ ωc2 ωc2= 11212 Q= 1212 2 1+2 +11(1−) 其中: 式中Q越大, 正反馈作用越强, 选择合适的Q 可改善波形。 c器中的电阻、电容互换位置, 就可得到高通滤波器。其传递函数为: ○5 ○6 ○7 图2-1 二阶有源低通滤波器图2-2 二阶有源高通滤波器 4

增益阶数n 2 1.586 一级二级三级四级 4 1.152 2.235 6 1.068 1.586 2.483 8 1.038 1.337 1.889 2.610 表2-1 巴特沃斯低通、高通阶数n与增益的关系[3] 由表2-1 知Avf1=41.586，两级串联的带通巴特沃斯滤波电路的通带电压增益（Avf2） 2=2.515，由于要使通频带的增益为0dB，故在滤波之前通过电阻R1，R2组成分压器。为了确保在100Hz和10kHz处的衰减不大于3dB，现在以截至频率90Hz和11kHz 进行设计。 |A| |A| |A| 低通高通带通 ω ω 图 2-3 低通与高通滤波器级联为带通滤波器 ω 5

3 硬件设计 3.1 系统的原理方框图图3-1系统流程图 .2 电路原理图注：v+ =12V 图3.-2 二阶有源滤波器电路原理图 6

3.3 元器件选型（1）运算放大器 UA741型运算放大器具有广泛的模拟应用。宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。此外，它还具有如下特点：（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）共模、差模电压范围大的（5）低功耗。通常，在两个调零端接一个几十千欧的电位器，其滑动端接负电源，调整电位器，可使失调电压为零。由于其价格相对便宜，且能够满足设计要求，所以在本设计中均采用UA741运算放大器进行设计。图3-3 UA741引脚图（2）电压跟随器电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。电压跟随器常用作中间级，以“隔离” 前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路;当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。为了提高滤波电路的接收信号能力并防止电阻电容对前级电路的影响，在滤波电路前增加一电压跟随器,电路性能大幅度优化， 7

资料库

二阶巴特沃斯有源滤波器设计（word版）.docx

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料