二阶有源高通滤波器Word文档格式.docx
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5.2、器件选择
六、器件清单及所用设备
七、实验总结
八、参考文献
设计一个下限截止频率fL=100Hz的二阶有源高通滤波器。
1.2、设计要求
初步掌握一般电子电路设计的方法，得到一些工程设计的初步训练，并为以后的专业课学习奠定良好的基础。
利用教材中有源滤波器的理论知识，并查阅必要的资料设计一个二阶有源高通滤波器。
此外，通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融会贯通，在认识上产生一个飞跃。
图（a）是一个二阶高通滤波器。
图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波器电路，为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路，组成二阶有源RC高通滤波器。
高通滤波电路的传递函数为:
1、压控电压源二阶高通滤波器
图（b）所示，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。
当信号频率趋于零食，反馈很弱；
当信号频率趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up（s）趋于零。
所以，只要正反馈引入的当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因负反馈过强而产生自激振荡。
同相输入端电位控制由集成运放和R1、R2组成的电压源，故称为压控电压滤波电路。
同时该电路具有减少、增益稳定、频率范围宽等优点。
电路中C、R构成反馈网络。
电路如图（b）所示，其传输函数为：
图（b）压控电压源二阶高通滤波器图（c）无限增益多路负反馈二阶高通滤波器
2、无限增益多路负反馈二阶高通滤波器
电路图如图（c）所示，该电路的传输函数为：
根据指导老师所提供的元件及滤波效果的不同可选用压控电压源二阶高通滤波器。
三、电路原理及分析
二阶高通滤波器的特点是，只允许高于截止频率的信号通过。
下图是二阶高通滤波器的理想物理模型：
图（d）
二阶有源高通滤波电路如图（d）所示，由图可见，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。
由此可画出其幅频响应曲线，如图（e）
图（e）
由图可见，二阶高通滤波电路与低通滤波电路的幅频特性具有对偶（镜像）关系。
四：
制作与调试
二阶高通滤波电路电路图如下：
二阶有源高通滤波器电路图
其中在放大器处加入+5V，-5V的直流稳压电源，
R=R=1.66千欧Rf=1.99千欧，R1=1.48千欧
C=C1=C2=1uFA0=1+Rf/R1=2.45
电路连接好后，我们需要函数发生器、示波器、万用表各一个，一个能产生+5V，-5V的直流稳压并联接地电源，及两个交流毫伏表，我们需要函数发生器产生0——22KHz，幅值为1V的信号。
输出Ui接函数发生器，输出U0接示波器，直流稳压电源的+5V接OP07的7引脚，-5V接4引脚，交流毫伏表1接输出信号U0，交流毫伏表2接输入信号Ui（因为当改变输入信号频率时，由于函数发生器和滤波器组成的电路的阻抗和容抗等会发生变化，输出Ui的幅值也会相应的发生微小的变化，通过调节函数发生器的幅值，确保Ui的大小保持不变）。
注意：
在打开电源之前，应现用万用表检测引线及各个电阻，确保没有短路和断路，且不能带电操作。
当输入信号f<
50Hz,幅值为1V的正弦波时，示波器输出图形如图，交流毫伏表显示为0
当输入信号从50Hz到105Hz变化时，示波器上的波形经历了如下图所示的变化
当输入信号f越接近110Hz，示波器输出波形越清晰，且峰-峰值越趋于稳定，交流毫伏表上显示为2.55V（基本不变），即A0趋于最大值2.55。
当输入信号f>
110Hz时，示波器输出的信号峰-峰值基本不变，交流毫伏表上的读数（输出信号）也不变，仍为2.5V左右。
F（Hz）
Ui（v）
U0（v）
70
1
1.5
250
2.22
75
1.86
300
2.16
80
2.04
400
2.10
85
500
2.05
90
2.38
600
100
2.55
……
2.00
125
2.01
150
180
2.40
10k
1.68
190
2.37
11k
1.65
200
2.35
12k
1.50
理论上，该Bw等于无穷大，但实际上由于受有源器件和外接元件以及杂散参数的影响，带宽受限制，高通滤波器带宽也是有限的。
有实验数据表我们也可以看出来。
当f=8KHz时，信号开始衰减。
电容器C的容量应在微法数量级上，电阻的阻值应在几百千欧以内。
现选择电容大小C1=C2=1uF，则根据公式可得：
R=R=1/（2*∏*fL*C）=1/（2*3.14*100*0.000001）=1.60千欧，选择电阻1.66千欧（因为测出C1、C2并不是1uF，而是0.978uF和0.969uF）这与计算值有一点误差，所以，可能导致截止频率比100Hz稍有偏差。
所以选择：
R=R=1.66千欧，C1=C2=1uF，Rf=1.99千欧，R1=1.48千欧，
则：
A0=1+Rf/R1=2.45
（符合Aup<
3,能稳定工作）
器件：
1、OPO7CP芯片 一块
2、面包板SYB-120一块
3、导线若干
4、函数发生器一台
5、示波器一台
6、直流稳压电源一台
7、交流毫伏表两台
8、电阻若干
9、电容两个
说明：
为了减少运放对滤波电路的负载影响，同时便于调整，选用OP07CP，OP07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和零点漂移，OP07的优良性能使它特别适合做前级放大器，放大微弱信号。
使用OP07一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。
关于OP07芯片：
在本次课程设计中，我们采用OP07芯片，OP07芯片是整个课题中的中枢神经，下面是OP07芯片的一些参数体外部特性。
主要参数：
低输入失调电压：
75uV（最大）
低失调电压温漂：
1.3uV/摄氏度（最大）
宽带输入电压范围：
-14V--+14V
低失调电压时漂：
1.5uV/月（最大）
宽电源电压范围：
3V--18V
OP07芯片引脚功能说明：
1和8：
偏置平衡（调零端）2：
反向输入端
3：
正向输入端4：
接地
5：
空脚6：
输入
7：
接电源
六：
数据结果分析
50Hz时，滤波器输出幅值为0
当输入信号70Hz<
f<
100Hz时，滤波器输出幅值逐渐增大，最终趋于A0，
100Hz时，滤波器输出A0趋于最大值2.55V
即滤波器电路实现截止频率fL=100Hz的高通滤用巴特沃斯高通滤波电路归一化幅频响应表示为下图：
由调试结果知道，实际fL=100Hz，由于我们选择R=R=1.66千欧（理论值为1.6千欧），导致A0=2.55（理论值为2.45，A0=1+Rf/R1）。
在本次课程设计中，测出的电容值为0.978uF和0.969uF，而理论值都为1uF。
根据公式f=1/（2*∏*R*C）,C稍微偏小导致f也最总L稍微偏大（110Hz）,但仍然在误差范围内。
本次课程设计让我们了解了滤波器的工作原理以及分类，也让我们熟悉了函数发生器与示波器的操作，熟悉并学会选用电子元器件，对理论知识有了更深刻的理解。
通过这次课程设计，我想说：
为完成这次课程我们确实很辛苦，但苦中更有乐，对我而言，知识上的收获更重要，精神上的丰收更加可喜。
这次课程设计让我知道了学无止境的道理。
我们每个人永远不能满足与现在的成就，生活就像爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
《模拟电子技术基础简明教程》（第三版）主编：
杨素行
《数字信号处理》（第三版）主编：
高西全、丁玉美
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