二阶高通滤波器模电课设报告.docx
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二阶高通滤波器模电课设报告
课程设计说明书
课程设计名称：
模拟电路课程设计
课程设计题目：
二阶高通滤波器
学院名称：
南昌航空大学信息工程学院
专业：
通信工程班级：
学号：
姓名：
评分：
教师：
2013年3月12日
模拟电路课程设计任务书
2012－2013学年第2学期 第1周－3周
题目
二阶高通滤波器的设计
内容及要求
① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；
② 截止频率fc=100Hz；
③ 增益AV＝5；
进度安排
第1周：
查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；
第2周：
领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；
第3周：
检查设计结果、撰写课设报告。
学生姓名：
指导时间：
周一、周三、周四下午
指导地点：
E楼311室
任务下达
2013年2月25日
任务完成
2013年3月15日
考核方式
1.评阅 2.答辩□3.实际操作 4.其它□
指导教师
系（部）主任
摘要
滤波电路是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。
高通滤波电路理论上带宽BW为无穷，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，带宽受到限制，高通滤波电路带宽也是有限的。
任何高阶滤波器都可以用较低阶的滤波器组合实现，再由放大器电路构成。
用具有巴特沃斯响应的滤波器实现。
通常用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法。
先可用模拟软件模拟，再焊接，测量。
关键字：
二阶滤波高通放大
目录
前言2
第一章设计过程3
1.1设计原理3
1.2设计方案4
1.2.1压控电压源二阶高通滤波器4
1.2.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器5
1.3参数设计6
1.3.1压控电压源二阶高通滤波器参数设计6
1.3.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器的参数设计6
第二章仿真、焊接和调试7
2.1仿真7
2.1.1压控电压源二阶高通滤波器7
2.1.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器9
2.2焊接11
2.3调试11
2.4性能测试与分析11
第三章实验结论12
参考文献13
元器件清单14
集成运放管脚15
前言
随着社会文明的进步和科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中占有不可或缺的核心地位。
在这个多元化科学信息时代，信号的处理尤为重要，所以，在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。
对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。
1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。
20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。
自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、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。
此次课程设计要求设计二阶高通滤波器，是以电工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，和组员共同合作完成设计的。
第一章设计过程
1.1设计原理
具有理想的幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的滤波器去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦响应和切比雪夫等波动响应。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性就越差，反之亦然。
滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率就越快。
但RC网络节数越多，元件计算越繁琐，电路调试越困难。
因为任何高阶滤波器都可以用较低阶的滤波器级联实现，故本课题主要设计具有巴特沃斯响应的二阶高通滤波器。
二阶高通滤波器的传输函数是：
实现该传输函数的电路有电压控制电压源（VCVS）电路和无限增益多路反馈（MFB）电路。
1.2设计方案
1.2.1压控电压源二阶高通滤波器
图1.2.1所示为压控电压源电路，其中运算放大器为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称这种电路为电压控制电压源电路。
其优点是电路性能稳定，增益容易调节。
图1.2.1
电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。
当信号频率趋于零时，负反馈很弱；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，只要正反馈引入得当，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，故称压控电压源滤波电路。
同时该电路具有源减少、增益稳定、频率范围宽等优点。
电路中C、R构成反馈网络。
1.2.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器
与压控电压源高通滤波电路类似，无限增益多路反馈滤波电路也是通过增加RC环节，使得滤波器的过渡带变窄，衰减斜率值加大，电路图如图1.2.2所示。
在无限增益多路反馈电路忠，运算放大器为反向输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反向输入端可以视为虚地，输出端通过C3、R2的连接，改善f0附近的频率特性，形成两条反馈支路，实现的一路反馈的效果，故称这种电路为无限增益多路反馈电路，其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节不太方便，对其他性能参数有一定的影响，其应用范围比压控电压源电路要小。
图1.2.2
1.3参数设计
1.3.1压控电压源二阶高通滤波器参数设计
（注：
两电容相同，接地的R为R3）
压控电压源
反馈增益为Au=1+Rf/R1，R1取1k则Rf取4k。
增益为5。
电容C1=C2=0.1uf，由，R2=30K，R3（接地）=9K
1.3.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器的参数设计
无限增益多路反馈
增益Au=—C1/C3，取C1为0.1uf，则C3为0.022uf。
查阅《电子线路设计实验测试》中“二阶高通滤波器（巴特沃斯响应）设计表”可选R1=10.23K，R2=123.79K。
实际R1取10kR2取120k
第二章仿真、焊接和调试
2.1仿真
2.1.1压控电压源二阶高通滤波器
根据设计电路图及其参数进行Multism仿真调试，结果如下
电路图
输入波振幅为1V，频率为200Hz
输出如下
2.1.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器
电路图
输入振幅为1V，频率为260Hz
输出如下
截止频率为92.69Hz
2.2焊接
仿真符合要求后，选取合适的元器件进行安装焊接。
在焊接前需进行整体布局的构思，是元器件分布合理、整体上更加美观，并且焊接注意先矮后高、先小后大、先焊接耐焊等等。
在这次焊接过程中，排布好元器件后应当先焊接电阻再焊接电容和芯片插槽。
在布线时应尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用，而且方便进行调试。
此外，焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，电烙铁不能停留太久。
2.3调试
仔细检查安装好的电路，确定元件与导线连接无误后，接通信号源进行调试。
保持输入电压振幅不变，慢慢由小到大改变输入频率，观察截止频率。
高通滤波器应观测其截止频率是否满足设计要求，若不满足设计要求，应根据有关的公式，确定应调整哪一个元件才能使截止频率既能达到设计要求又不会对其他指标参数产生影响。
然后观测电压放大倍数是否满足设计要求，若达不到要求，应根据相关的公式调整有关的元件，使其达到设计要求。
2.4性能测试与分析
压控电压源：
要求增益5仿真增益5实验测得5.3
无限增益反馈：
要求增益5仿真增益4.9实验测得4.3
误差分析：
（1）电阻的标称值与真实值之间存在误差
（2）测量仪器的误差，主要是示波器的量化误差
（3）系统误差，主要是测量仪器内阻的影响，导致仪器的读数值与电路的真实值之间存在误差。
（4）电源电压输出值与真实值之间存在误差
（5）示波器及函数信号发生器抗干扰能力差，产生误差。
第三章实验结论
通过分析设计任务，本实验采用两种设计方案来设计有源二阶高通滤波器。
一种是有一个简单的二阶高通滤波器，将其接地的电容C1端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶高通滤波电路；另一种是通过改变简单的二阶高通滤波器的连接，改善附近的频率特性，就构成了无限增益多路反馈电路。
此次课程设计是基于一阶高通滤波器，通过RC网络，加大幅频特性衰减斜率，是幅频特性曲线更趋于理想化，从而提高滤波效果。
参考文献
[1]康华，模拟电子技术基础[M],武汉：
高等教育出版社2005.7
[2]舒庆莹，凌玲．模拟电子技术基础实验[M],武汉：
武汉理工大学出版社2008.2
[3]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
[4]徐国华,电子技能实训教程[M],北京:
北京航空航天大学出版社2006
附录一
元器件清单
元件名称
元件参数
元件数量
芯片
LM324
1
uA741
1
电阻
20K
4
10K
3
5.1K
1
3K
2
200
1
电容
0.1uF
2
0.022uF
1
附录二
集成运放管脚
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