二阶高通滤波电路

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1、2011 2012学年第2学期如炭寥烷高频电子线路课程设计报告题 目变容二极管直接调频电路的设计专 业：电子信息工程班 级：姓 名：指导教师:电气工程系2012年12月17日1、任务书课题名称变容二极管直接调频电路的设计指导教师(职称)执行时间20122013学年第二学期 第 周学生姓名学号承担任务设计目的1 原理分析及电路图设计2 用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试设计要求输入lKHz大小为200Mv的正弦电压(也可以用lKHz的方 波)；(2) 主振频率为fO大于15MHz；(3) 最大频偏fm= 20KHzo变容二极管直接调频电路的设计摘 要调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等

2、优点，获得了快速的发展。主要应用于调频 广播、广播电视、通信及遥控。调频电台的频带通常大约是200250kHz,其频带宽度是 调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接 收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于308000Hz的范围内。 在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至3015000Hz，使音频信号的频谱分量更为 丰富，声音质量大为提高。变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微 调系统。其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中 心频率稳定度较低。较之中频调制和倍频方法，

3、这种方法的电路简单、性能良好、副波少、 维修方便，是一种较先进的频率调制方案。本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路，振荡频率有电路电感和电容决 定，当受调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率受调制信号 的控制，从而实现调频。关键字：变容二极管；直接调频；LC振荡电路。变容二极管直接调频电路的设计第一章设计思路1第二章 滤波电路的基本理论22.1滤波电路的定义22.2滤波电路的工作原理22.3滤波电路的种类22.4滤波电路的主要参数32.5无源滤波电路和有源滤波电路32.5.1无源滤波电路32.5.2有源滤波电路42.5.3无源滤波器与有源滤波器的比较4第三章 高

4、通滤波电路模块的设计63.1高通滤波电路与低通滤波电路的联系63.2压控电压源高通滤波电路63.3无限增益多路反馈高通滤波电路7第四章 二阶高通滤波器电路仿真及系统误差分析94.1压控电压源二阶高通滤波电路94.2无限增益多路反馈二阶高通滤波电路114.3误差分析14结论15附录一LM324引脚图（管脚图）1617附录二参考文献第一章设计思路本设计要求分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计一个二阶高通滤波 电路并使其增益Au =5,截止频率fc=100Hz。即输入信号频率在100Hz以上的可以通过， 而频率在截止频率以下的信号则会被衰弱。而高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，故设计从

5、了解掌握滤波器的基础理论开 始，了解其有关参数，工作原理等，进而了解低通滤波电路的工作原理和设计方法，最后 设计出二阶高通滤波电路，达到设计目的。第二章滤波电路的基本理论2.1滤波电路的定义对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，他对信号具有一定的选择、处理功 能。它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过，让有用信号尽 可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的 纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L， 以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了 的信号中提取原

6、始信号所携带的信息的过程。2.2滤波电路的工作原理以电感作为电抗原件为例，当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势 将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方 向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感 线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能 量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得 平滑，而且整流二极管的导通角增大。在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RL oL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果

7、愈好。2.3滤波电路的种类通常，按照滤波电路的工作频带为其命名，分为低通滤波器（LPF）,高通滤波器（HPF）, 带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）和全通滤波器（APF）。设截止频率为f，频率低于f的信号能够通过，高于f的信号被衰减的滤波电路称为J CJ cJ c低通滤波电路；反之，频率高于f的信号能通过，而频率低于f的信号被衰减的滤波电路J CJ C称为高通滤波电路。前者可以作为直流电源整流后的滤波电路，以便得到平滑的直流电压;后者可以作为交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分，只放大频率高于fc的信号。设低频段的截止频率为fc1,高频段的截止频率为fc2，频率为fc1到fc2之间的信

8、号能 够通过，低于fcl和高于2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器；反之，频率低于人 和高于2的信号能够通过，而频率为fc1到fc2之间的信号被衰弱的滤波电路称为阻带滤波 器。前者常用于载波通讯或弱信号提取等场合，以提高信噪比，后者用于在已知干扰或噪 声频率的情况下，阻止其通过。全通滤波器对于频率从零到无穷大的信号具有相同的比例系数，但对于不同频率的信 号将产生不同的相移。2.4滤波电路的主要参数实际上，任何滤波器均不可能具备理想滤波电路的幅频特性，在实际滤波器的幅频 特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。 在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同

9、程度的衰减。当然，希望过渡 带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计 实际滤波器时，总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点， 两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更多参数来描述。通带放大倍数A UP。称通带中输出电压与输入电压之比A UP为通带放大倍数。通带截止频率f。幅频特性值等于0.707 AUP所对应的频率称为滤波器的截止频率。以 AUP为参考值，0.707 AUP对应于-3dB点，即相对于AUP衰减3dB。若以信号的幅值平方表 示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。图2-1

10、滤波器的实际幅频特性曲线从f到A接近零的频段称为过渡带，是A趋近于零的频段称为阻带。过渡带越窄,cuu电路的选择性越好，滤波特性越理想。分析滤波电路就是求解电路的频率特性，对于LPF,HPF,BPF,BEF,APF就是求解出AUP，f和过渡带的斜率。2.5无源滤波电路和有源滤波电路2.5.1无源滤波电路无源滤波器，又称LC滤波器，是利用无源元件（电阻、电容、电感）的组合设计构 成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与 电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、 高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器主要可以分为两大类

11、：调谐滤波器和高通滤波器。调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次（单调谐）或两次（双调 谐）谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高 通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减高于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截 止频率。无源滤波电路的结构简单，成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大，易于设计， 但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场 合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时 采用LC （电感、电容）电路滤波。2.5.2有源

12、滤波电路有源滤波电路，不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放） 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很 高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带 宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。有源滤波电路一般是由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的 情况下才能起到滤波作用，与此同时还可以进行放大。组成电路时应选用带宽合适的集成 运放。有源滤波电路不适用于高电压大电流的负载，只适用于信号处理。通常，直流电 源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时，应采用LC电感

13、电容电路。有源滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D采样，将所得 的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为PWM的调制信号，与三 角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制IGBT单相桥，根据PWM技术的原 理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电 流，将线上的谐波电流抵消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流 的谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。2.5.3无源滤波器与有源滤波器的比较虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用 于配电网中，但由于

14、滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些 次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研 究方向逐步转向有源滤波器（Active PowerFliter，缩写为APF）APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电 流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有 以下特点：A.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比 上较为合理；b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；C.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度

15、可控性和快速响应 性等特点。第三章高通滤波电路模块的设计3.1高通滤波电路与低通滤波电路的联系高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，如果将二阶低通滤波电路中的电容替换成 电阻，电阻替换成电容，就可的各种高通滤波器。区别于低通滤波电路，二阶高通滤波电路输入阻抗高，输出阻抗低，通向比例放大电 压增益就是高通滤波器的通带电压增益。由RC无源网络和集成运算放大器组成的具有滤 波功能且只允许高于截止频率的信号通过，而阻止低于截止频率的信号通过，必使其衰弱 的放大电路称为高阶滤波电路。3.2压控电压源高通滤波电路电路如图3-1所示，电路的传递函数为通带增益为截止频率为品质因数为A = 1 + RfupR1fp - 2RC3 一 A upRfup二 1 +A.假设Rf=1 KG，则解得又R1=4 KGf =100Hzp 2m RC假设C= C1 = C 2=0.1卩F，则解得R = R 2 = R3=16 KG故选择器件为 Rf=1 KG , R1=4 K