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1、课程设计报告课程设计报告课程名称：课程名称： 模拟电子技术模拟电子技术 设计题目：设计题目： 全功能有源滤波器全功能有源滤波器 20112011 年年 1212 月月 2020 日日模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告2全功能滤波器的设计全功能滤波器的设计摘摘 要：要：滤波器在通信、测量的控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器，应在要求的频带（通带）内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。然而，实际的滤波器距此有一定的差异。为此，人们采用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。在本课程设计中，设计完成了一款多功能源滤波器，通过调节电路中相应的开关及参数，可以构成
2、以下滤波电路：全通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、带通滤波器、低通滤波器。此外，还对该电路进行了测试，对测试的数据利用Origin进行了傅立叶变换，更好的展现了滤波器的频带面貌及滤波特性。关键词：关键词： 滤波器 傅立叶变换 滤波特性 全功能Full-featured filter designMou Mou- Wang Mou Mou- Li Mou Mou- Zang Mou Mou-Zhao (Department of physics, Baicheng Normal college, Electronic and Information Engineering 2007）Abstra
3、ct：Filters in communications, measurement control system has been widely used. An ideal filter, should be requested by the band (band) has a homogeneous and stable gain, and in the passband outside, then have infinite attenuation. However, the actual filter from this there are some differences. For
4、this reason, people using a variety of functions to approximate the ideal filter frequency characteristics. During the course design, the design is completed a multi-purpose source filter, through the adjustment of circuit switches and the corresponding parameters, can constitute a filter circuit th
5、e following: all-pass filter, band-stop filter, high-pass filter, band-pass filter, low-pass filter. In addition, the circuit has been tested on the test data using a Fourier transform Origin, better demonstrates the band filter and filter characteristics of the face.Keywords： Fourier Transform filt
6、er full-featured filtering properties模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告3滤波器在通信、测量的控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器， 应在要求的频带（通带）内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。然而，实际的滤波器距此有一定的差异。为此，人们采用各种函 数来逼近理想滤波器的频率特性。 用运算放大器和 RC 网络组成的有源滤波器，具有许多独特的特点。因为 不用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积 和重量过大等特点。由于运算放大器的增益和输入电阻高、输出电阻低，所以 能提供一定的信号增益和缓冲
7、作。这种滤波器的频率范围约为 10-3106Hz， 频 率稳定度可做到（10-310-9）/C，频率精度为（35）%，并可用简单的级联 来得到高阶滤波器，且调谐也很方便。一、原理及技术指标一、原理及技术指标 滤波器的设计任务是根据给定的技术指标，选定电路形式和确定电路的元 件。滤波器的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的边界频率（没有 特殊说明时一般为 3dB 截止频率） 、通带传输系数。阻带指标通常提出对带外 传输系数的衰减速度（即带沿的陡变） 。下面简要地介绍设计中的考虑原则。 1关于滤波器类型的选择 一阶滤波器电路最简单，但带外传输系数衰减慢，一般是在对带外衰减特 性 不高的场合下
8、选用。 无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这一点上它不 如压控电压源型二阶滤波器好。 当要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和高通滤波器合成，这 比单纯用带通滤波器好。 2级数选择 滤波器的级数主要根据对带外衰减特性的要求来确定。每一阶低通或高通 电路可获得-6dB/倍频的衰减，每二阶低通或高通电路可获得-12dB/倍频率的衰 减。多级滤波器串接时，传输函数总特性的阶数等于各级阶数之和。当要求的 带外衰减特性为-m dB/倍频时。则所取级数 n 应满足。/6nm 3对运放的要求 在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器。为了获得足够深的反 馈，一保证所需滤波特性，运
9、放的开环增益应在 80dB 以上，对运放频率特性的 要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为 fH，则运放的单位增益 频率应满足下式：BWG（35）fHAF，式中 AF为滤波器通带的传输系数。 如果滤波器的输入信号较小，例如在 10mV 以下，以选用低漂移运放为宜。 如果滤波器工作于超低频，以致使 RC 网络中电阻远见的值超过 100K 时，则 应选用低漂移、高输入阻抗的运放。 4传输函数中参数的确定与原件的选择 对一阶滤波器，其特性由通带传输系数和截止频率确定。至于二阶滤波器， 对高通和低通滤波器，其特性由通带传输系数、自然频率和阻尼系数确定。 对带通和带阻滤波器，则是由通带传输系数
10、、中心频率和品质系数 Q 决定。 通常是根据技术指标要求确定这些参数，然后再由这些参数计算电路的原件值。在设计时，通常出现待确定其值得元件数目多于限制元件取值的参数的数目。模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告4例如，压控电压源型滤波器待确定其值的原件有六个，而限制元件取值的参数 只有三个，即通带传输系数、自然频率（由通频带确定） 、阻尼系数（由所需的 通带内传输特性的形状确定） 。因此，有许多个原件组可满足给定特性的要求， 这就是要设计者自行选定某些元件值。一般从选定电容器入手，一位电容标称 值分档数较少，电容难配，而电阻易配。可根据工作频率范围按照表 1-1 初选 电容值。 表表
11、 1-11-1 滤波器工作频率与电容取值的对应关系滤波器工作频率与电容取值的对应关系 Table 1-1 Frequency filter capacitor values and the corresponding relationsf110Hz210 10 Hz2310 10 Hz110Hz210 10 Hz2310 10 HzC20 1F10 0.1F0.1 0.01F4310 10pF3210 10pF210 10 pF表 1-1 中所标的频率，对低通滤波器，指的是上限频率；对高通滤波器， 指的是下限频率；对通带和带阻滤波器指的是中心频率。二阶无限增益多环反 馈型有源滤波器如图 1-1
12、 所示。图图 1-11-1 二阶无限增益多环反馈型有源滤波器二阶无限增益多环反馈型有源滤波器Fig 1-1 Second gain unlimited multi-loop feedback Active Filter表 1-2 列出图 1-1 电路在低通、高通、通带三种情况下 RC 网络的组合、 传输函数及有关意义。 表表 1-21-2 二阶无限增益多环反馈型有源滤波器二阶无限增益多环反馈型有源滤波器 RCRC 元件组合及传输函数元件组合及传输函数 Table 1-2 Second multi-loop feedback gain unlimited active RC filter ele
13、ment composition and transmission function形式 参数低通低通高通高通带通带通1Y11/ R2SC11/ R2Y2SC21/ R21/ R3Y31/ R3SC3SC4Y41/ R4SC4SCR C 元 件 组 合5Y5SC51/ R51/ R传输函数 01FASVS VS 22021FnnA SS 2222FnAS SS 002212nnAF QSS模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告5传输函 数中符 号与电 路中元 件的关 系 4134255324344310;1;1 2FnRARR R C CCR CRR RR RR g 14253432
14、544334;1;1 21FnCACR R C CCR RCC CC C g0 14515342134 5 34211; 11; 11111FnARC RCR C CRRC CQRCCRR g图 1-3（a）为压控电压源型有源 RC 滤波器的一般形式。从放大器同相输入 端至输出端的闭环放大倍数为 A=1+（Rf2/Rf1） 。图 2-1-9（a）可简化成图图 1- 3（b）的形式。（a a） （b b） 图图 1-21-2 二阶压控电压源型滤波器电路二阶压控电压源型滤波器电路 Fig 1-3 Second gain unlimited multi-loop feedback Active Fi
15、lter从中可导出电路的传输系数： 13 41231231FAY YAS YYYYYYAY 表 1-2 出了低通、高通和带通三种情况下 RC 网络个元件性质及传输函数中 有关参数与电路元件的关系，各传输函数的形式同表 1-1表表 1-21-2 压控电压源滤波器压控电压源滤波器 RCRC 元件组合及参数元件组合及参数 Table 1-2 Voltage-controlled voltage source RC filter element composition and parameters形式 参数低通低通高通高通带通带通1Y11/ R1SCR2Y2SC21/ RR3Y31/ R3SCCSRC 元件 组合4Y4SC41/ R1/ RCS模拟电子技术模拟电子技术课程设计报告课程设计报告6传输函数中参 数与元件关系132434141232123411 21nR R C CR CR C R CR CR CAR C g241323214341432111 2
