LC二阶带通滤波器

电子线路设计作业语音滤波器的设计

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一、前言

从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。为了提高无源滤波器的质量，要求所用的电感元件具有较高的品质因数Q，但同时又要求有一定的电感量，这就必然增加电感元件的体积，重量与成本。为了解决这一矛盾，五十年代有人提出用由电阻、电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件，由此产生了用有源元件和无源元件(一般是R和C)共同组成的电滤波器，称为有源滤波器。六十年代末由分立元件组成的有源滤波器得到应用。

有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。

利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。

若将低通滤波器和高通滤波器串联，并使低通滤波器的通带截止频率f p2大于高通滤波器的通带截止频率f p1，则频率在f p1

设计要求

1.该语音滤波器的截止频率Hz f H 3000=，Hz f L 300=，10=V A ；

2.阻带衰减速率为1040dB -倍频程。

二、设计原理

由于是要设计一个带通滤波器，那么可以将一级二阶低通滤波器

与一级二阶高通滤波器级联。

1.二阶低通滤波器的传输函数与性能参数：

①传输函数为：()2

22c c

c V s Q s A s A ωωω++=

其中：V A ——电压增益，c ω——截止角频率，Q ——品质因数 ②性能参数如表1.1所示：

表1.1 二阶低通滤波器（巴特沃斯响应）设计表

2.二阶低通滤波器的传输函数与性能参数：

①传输函数为：()222c c

V s Q s s A s A ωω++=

其中：V A ——电压增益，c ω——截止角频率，Q ——品质因数 ②性能参数如表1.2所示：

表1.2 二阶高通滤波器（巴特沃斯响应）设计表

三、设计工具

计算机一台，Multisim软件

四、设计内容与步骤

1.一级二阶低通滤波器的设计：

①由表1.1得到二阶压控电压源低通滤波器的电路，如图1.1所示；

图1.1 二阶压控电压源低通滤波器电路 ②由C

f K H 100=得Hz f H 3000=，1=K 时，取nF C 33=； ③从表1.1得10=V A 时，电容nF C C 6621==；电阻Ω=K R 462.01，

Ω=K R 742.22，Ω=K R 560.33，Ω=K R 038.324；

④将③中得到的电容1C ；电阻1R ，2R ，3R ，4R 的数据分别带入

图1.1二阶压控电压源低通滤波器电路中；得到一级截止频率为Hz f H 3000=的二阶低通滤波器，如图1.2所示。

图1.2 截止频率为Hz f H 3000=的二阶低通滤波器

2.一级二阶高通滤波器的设计：

①由表1.2得到二阶无限增益多路反馈高通滤波器的电路，如图

1.3所示；

图1.3 二阶无限增益多路反馈高通滤波器电路 ②由C

f K H 100=得Hz f H 300=，1=K 时，取nF C 333=； ③从表1.3得1=V A 时，电容nF C C 3331==；电阻Ω=K R 750.01，

Ω=K R 376.32；

④将③中得到的电容1C ；电阻1R ，2R 的数据分别带入图1.3二阶

无限增益多路反馈高通滤波器电路；得到一级截止频率为Hz f H 300=的二阶高通滤波器，如图1.4所示。

图1.4 止频率为Hz f H 300=的二阶高通滤波器

3.将两级滤波器进行级联，得到所要求设计的截止频率为Hz f H 3000=，Hz f L 300=，增益为10=V A 的带通滤波器，如图1.5所示。

图1.5 截止频率为Hz f H 3000=，Hz f L 300=的带通滤波器

五、设计结果

用波特测试仪来分析输入与输入的幅频特性；增益10=V A ，即dB A V 20=。

①观察波特测试仪上波形，在频率Hz f 300=处，增益dB A V 17=左

右，如图1.6所示。

图1.6 频率Hz f 300=处的幅频特性曲线

②观察波特测试仪上波形，在频率Hz f 3000=处，增益dB

A V 17=

左右，如图1.7所示。

图1.7 频率Hz f 3000=处的幅频特性曲线

③观察波特测试仪上波形，在频率Hz f 1052=处，增益dB A V 20=，

如图1.8所示

图1.8 频率Hz f 1052=处的幅频特性曲线

六、结论

由设计结果中可以看出，在频率Hz f 300=与Hz f 3000=处，增益

均下降dB 3左右，而最大增益dB A V 20=，所以能够满足设计要求，该带通滤波器能够正常使用。