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1、泉 州 师 范 学 院毕业论文（设计）题 目 低通宽带滤波电路的设计 物理与信息工程学 院 电信 专 业 07 级 （1）班学生姓名 学 号 指导教师 职 称 教授 完成日期 2011年4月 教务处 制目录引言31.滤波器的发展史42.滤波器的基础知识42.1滤波电路的定义42.2滤波电路的种类42.3有源低通滤波器的种类63 系统总体设计63.1 有源低通宽带滤波电路的指标要求63.2 设计思路73.3 OPA690ID的引脚图73.4 电路原理74.软件NI Multisim10仿真有源低通滤波器84.1 软件NI Multisim10的简介84.2 5MHz巴特沃斯的仿真结果94.3 1
2、0MHz巴特沃斯的仿真结果105 系统测试及数据分析105.1 测试仪器105.2 测试相关数据35.2.1 5MHz 的数据记录和表格35.2.2 10MHz 的数据记录和表格35.3测试结果分析35.4 结论36 心得体会3致谢3参考文献：3英文摘要3附录17低通宽带滤波电路的设计物理与信息工程学院 电子信息科学与技术专业（1）班 指导教师 教授【摘要】：本设计以集成运放OPA690ID为核心器件，先通过软件NI Multisim10仿真四阶有源低通宽带滤波电路，观察通频带，再根据仿真结果制作硬件电路，测试增益起伏，观察波形。本文设计的四阶有源低通宽带滤波电路原理图比较简单，采用的器件较少
3、，制作比较方便。【关键词】：低通宽带滤波；OPA690ID; NI Multisim10引言当今世界，通信和电子技术发展非常迅速，电子技术也越来越受到人们的重视，而信号放大或处理领域经常会用到滤波电路。对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其它频率信号通过1。在实际工程中有源低通滤波电路是应用广泛的电路，常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声呐、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。有源滤波电路一般由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
4、集成运放。有源滤波电路不适于高电压大电流的负载，只适用于信号处理1。有源滤波电路的优点：反馈稳定性较好；传输阻抗比较低；频率响应较理想；抗干扰能力比较强；电路设计简单，带负载能力强，级与级之间隔离性好，并对信号可起放大作用。 1.滤波器的发展史随着通信和电子技术的发展，滤波器的理论和应用也发展很快，滤波器作为一门发展学科，至今已有九十几年的历史。1915年德国K.W.华格纳和美国贝尔实验室的G.A.坎贝尔分别提出关于滤波器的论文，被世界公认为滤波器的独立发明者。滤波器在60年代的发展上了一个新台阶，主要是在这年代计算机技术、集成工艺和材料工业的迅速发展，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、
5、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 无源滤波器在50年代更日趋成熟。而RC有源滤波器的发展历史更早，可追溯到1938年斯科特（Scoot）的选择放大器，但是直到1954年林威尔（Linvill）用负阻抗变换器的转移阻抗综合才实现
6、了第一个有源滤波器。从此以后才开始大量研究有源滤波器，1955年出现了应用单放大器实现了有源RC滤波器，为实用设计开辟了新途径。1965年单片集成运放问世,省去制作麻烦,成本高的电感, 为有源滤波器的迅速发展和普及提供了物质基础。我国的滤波器在50年代以后发展迅速，因此在50年代以后被广泛应用，发展至今，我国的滤波器在研制、实际应用有了进步和提高，但还是跟国际的水平有一定的差距。2.滤波器的基础知识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，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其它频率信号通过1。其主要功能是让有用的信号尽可能无衰减通过，对无用的信号尽可能大的衰减。
7、2.2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fp，频率低于fp 信号能够通过，高于fp的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波器；反之，频率高于fp的信号能够通过，而频率低于fp 的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波器。低通滤波器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；高通滤波器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fp的信号1。设低频段的截止频率为fp1 ,高频段的截止频率为fp2 ，频率为fp1 到fp2 之间的信号能够
8、通过，低于fp1 和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器；反之，频率低于fp1 和高于fp2的信号能够通过，而频率低于fp1 到高于fp2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。带通滤波器常用于载波通讯或弱信号提取等场合，以提高信噪比；带阻滤波器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同样的比例系数，但对于不同频率的信号将产生不同的相移1。理想滤波电路的幅频特性如图2-1所示。允许通过的频段称为通带，将信号衰减到零的频段称为阻带。图2-1 理想滤波电路的幅频特性（a）LPF的幅频特性 （b）HPF的幅频特性 (c) BPF的幅频特性 (
9、d) BEF的幅频特性四种滤波电路的幅频特性如图2-2所示。 （a） （b） （c） （d）图2-2 四种滤波器的幅频特性曲线(a) LPF幅频特性 （b）HPF幅频特性(b) BPF幅频特性 （d）BEF幅频特性2.3有源低通滤波器的种类滤波器的品质因数Q，也称为滤波器的截止特性系数。其值决定于f=f0附近的频率特性。按照f=f0附近频率特性的特点，可将滤波器分为巴特沃斯、切比雪夫、和贝塞尔三种类型。图2-3是三种类型LPF的幅频特性，巴特沃斯的品质因数为0.707，切比雪夫的品质因数为1，贝塞尔的品质因数为0.56。巴特沃斯滤波器的幅频特性无峰值，在f=f0附近的幅频特性曲线为单调减。切比
10、雪夫滤波器在f=f0附近的截止特性最好，曲线的衰减斜率最陡。贝塞尔滤波器的过度特性最好，相频特性无峰值1。图2-3 三种类型LPF的的幅频特性3 系统总体设计3.1 有源低通宽带滤波电路的指标要求（1） 3dB通频带010MHz；（2） 在010MHz通频带内增益起伏1dB；(3) 正弦波信号波形无明显失真.3.2 设计思路本设计为四阶低通滤波器。在此电路中，用到两片集成运放OPA690ID、稳压芯片78LM05、79LM05和一些电容、电阻。OPA690ID是双电源供电的通用型单运算放大器，输入电流小输出电流大，是波形发生器、滤波器、运算器等其它电路的重要组成成分。设计低通滤波器时，如果要改
11、变通频带频率，往往要改变较多的元件参数，而在本次设计中通过滤波器设计软件Filter Solutions和仿真软件NI Multisim10，最终设计四阶的低通滤波器。3.3 OPA690ID的引脚图OPA690ID引脚说明21，5脚：空脚。2脚：反相端输入脚。3脚：同相端输入脚。6脚：输出端。4脚：负电源端。7脚：正电源端。8脚：偏差校正。其引脚功能如图3-1所示：图3-1 OPA690ID的引脚图3.4 电路原理图3-2是由集成运放OPA690ID及稳压芯片7805、7905和一些电阻电容组成的四阶有源低通滤波器3。图3-2-1 5MHz巴特沃斯的原理图图3-2-2 10MHz巴特沃斯的原
12、理图4.软件NI Multisim10仿真有源低通滤波器4.1 软件NI Multisim10的简介 NI Multisim10是美国国家仪器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim版本，是该公司电子线路仿真软件EWB（Electronics Workbench,虚拟电子工作台）的升级版。目前美国NI公司的EWB包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生产的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiro
13、ute及Commsim4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版、专业版、个人版、教育版、学生版和演示版等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。NI Multisim10用软件的方法虚拟电子与电工器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。NI Multisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。NI Multisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验室用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特
14、图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。NI Multisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。NI Multisim10有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括
