二阶带通滤波器的设计

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1、屯4元空女摩课程设计说明书课程设计题目:二阶带通滤波器的设计学院名称：信息工程学院专业：电子信息科学与技术姓名：班级：_学号:同组人：指导老师：信息工程学院2012 年 3 月20 日信息工程学院课程设计任务书I、课程设计题目二阶带通滤波器II、课程设计技术要求及主要元器件:控制温度【基本要求】：1）中心频率f。=lKHz；2）增益 Av = 2；3）品质因素Q=10；【主要参考元器】：UA7 4 1芯片，0 .Olyf电容，电阻160K, 24K, 12K, 47KIIL电子专业课程设计工作内容及进度安排：第一周查阅资料，确定方案，Multisim仿真第二周设计制作，电路调试，

2、撰写报告W、主要参考资料:1 吴友宇.模拟电子技术基础.武汉：清华大学出版社，2009.2 康华光.模拟电子技术基础.武汉：高等教育出版社，2005.7.3 舒庆莹，凌玲模拟电子技术基础实验武汉：武汉理工大学出版社，2008.2.4 毕满清，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社。5 谢自美.电子线路设计.第三版.武汉：华中科技大学出版社，20066 童诗白模拟电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005摘要滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得

3、到一个特定频率或消除一个特定频。比如带通滤波器, 带通滤波器的作用是能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。它的用处非常大,它可以处理信号,虑去无用的干扰信号，使信号满足自己的需要。如许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。目前，滤波器被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪器和设备中。滤波器的应用频率范围极宽，有适用于低到零点几赫的滤波器，也有高到微波波段的滤波器。根据滤波频率的中心频率和其他要求的不同，滤波器中采用各种谐振元件，电感、电容是最常用的谐振元

4、件。随着电子技术的发展，许多电路和系统都要区分不同频率的信号，从而使滤波器的设计理论日趋完善。滤波器的种类很多，分类方法也不同。1.从功能上分；低、带、高、带阻。2.从实现方法上分:FIR、IIR3.从设计方法上来分：Chebyshev（切比雪夫），Butterworth （巴特沃斯）4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器关键字：有源带通滤波器参数 Multisim 仿真目录前言2第一章二阶带通滤波器的设计要求31.1 简介1.2 设计任务及要求第二章系统组成及工作原理42.1 设计原理42.2 设计方案52.2.1 元件参数选取5第三章二阶带通滤波器实际仿真与测试7第四章

5、电路的焊接调试及误差分析134.1 电路的安装134.2 电路的调试144.3 误差分析14设计结论及心得15参考文献15前言近几年，随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备，而产生的大量的高次谐波，已导致电网上网正常波形发生严重畸变，影响到供电系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。随着生产技术方式的变化，生产力确实得到较大提高，可同时也受到方方面面的限制。如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验，试验过程中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰，为评价新方案的效果，需排除这些随即因素的影响，即，需要一个滤波器。经滤波以后，对新方案的效果进行检验。说到滤

6、波器，可分为两种：有源和无源。有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95%以上，补偿无功细致。缺点为容量相对无源滤波小。当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态, 给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80%，对基波的

7、无功补偿也是一定的。我们通过自身的所学知识设计了这个二阶低通滤波器，并尽可能的调试，希望能得到较好的滤波效果。此设计以模拟电子技术的基本理论为基础, 并通过查阅手册和参考文献资料，综合运用电子技术课程中所学的理论知识,在一个团队的共同协作下完成。特别需要指出的是在本系统设计过程中得到了孙成立老师的指导，还有同学们的相互支持，特在此表示衷心的感谢！第一章二阶带通滤波器的设计要求1.1 简介带通滤波器是指能通过某一频率范围的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻 -电感 -电容电路（ RLC

8、 circui t ）。这些滤波器可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。1.2设计任务及要求一、基本要求：1）中心频率要达到 1KHz.2）增益 Av=2;3 ）品质因素 Q=1 0二、设计任务:（1）根据原理图分析电路的功能；（2）设计选取合适的原件参数。（3）熟悉电路中所用到的 UA741 芯片的管脚及其功能。（ 4）进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求；第二章系统组成及原理2.1 设计原理一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或衰减，并且在通带之外所有频率都没

9、有完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围内完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能将期望频率范围之外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所有的通带外还有一个呗衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍平频的衰减幅度 dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。带通滤波器的幅频特性如右图所示。其特性参数有：中心角频率3。或f。；带宽BW=3 h-3 l或Af二fh- fl,其中3

10、 h称为上截止角频率，3 l称为下截止角频率。品质因数 Q=3 。 /BW或 Q= f。 /f,Q 值越高，滤波器的选择性越好，带宽BW越窄，但也不能太高，否则电路元件值分布越大难以调整，一般取Q=10较好。A v是3。处的电压增益。实现二阶带通滤波器的电路也有压控电压源电路和无限增益多路反馈电路。如果要求带宽BW的范围很宽，可采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器相级联,1000 曲ODq?C1Z-?.OluFHI-口- dluJ-pgJ,R4r ：但其阻带的衰减率为-40db/10倍频程，滤波器的带宽由两个滤波器的截止频率所决定。2.2设计方案:2.2.1压控电压源电路原理图U

11、1*XSC111-VL 50mV1000 HzOOe?:.:上TD-DLdF47kChff.2.2.2 参数设计查表可知幅频曲线的f。=lKHz时取C=0. 0 1 p f,对应参数K=10。查设计表Q=1 0时，得到Av=2、K=1时的电阻值为：R1=15.915KQ R2=2.332KQ R3=1.166KQ R4二R5=4.664KQ 将上述电阻乘以参数K=10，并取标称值，得R1=160KQ R2=24KQ R3=12KQ R4=R5=47KQ附表：电路元件值（Q=10）增益1246810R131.83115.9157.9585.3053.9793.183R22.2512.3322

12、.5022.6842.8763.078R31.1671.1661.1601.1481.1311.110R4、R54.5024.6645.0045.3685.7525.156电阻为参数K=1时的值，单位为KQ2.3.1 无限增益多路反馈电路原理图调节R3可调节增益Av,但不影响3。调节R3将影响BW （或Q）。同相端和地之间接一个等于R3的电阻，使电流减到最小。2.3.2 参数设计1. 先确定电容的值，取电容为0.01U f。2. 根据公式K= 100 /(fc *C1)计算出电阻换标系数K=1,其中fc为截止频率，单位为Hz； C1的单位为mF3. 据下表查出C1和K时的电阻值。4. 再取这

13、些电阻靠标称的实际值。得到：R1=80KQ、R2=0.8KQ、R3=320KQ。电路元件值(Q=10)增益1246810R115.9157.9583.9792.6531.9891.592R20.0800.0800.0810.0820.0830.084R331.83131.83131.83131.83131.83131.831第三章二阶带通滤波器的实际仿真与测试压控电压源电路仿真图Oscilloscope-XSCl3NC rChanitel A500 4t/Diw20 mV/DivX posit Dn | ZAdd|昭|占旧|ScaleY posit:-12Ecale 11二戒心hT丙三243

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