带通滤波器的设计与制作

滤波器电路设计实验报告

院系：物理科学与技术学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：杨鸣

2013年12月20日

目录

0、设计要求 (1)

1、电路基本模型的选择以及参数的计算。 (1)

2、电路元件参数的计算 (4)

3、Multisim仿真 (5)

4、器件的选择 (8)

5、Protel制板 (9)

6、体会 (9)

一、电路基本模型的选择以及参数的计算。

（1）选择有源滤波器

有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。

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。

（2）滤波电路传递函数

分为：低通（LPF ）、高通（HPF ）、带通（BPF ）、带阻（BEF ）、全通（APF ） 理想滤波电路的频响在通带内具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值为0。实际电路往往难以达到理想要求。

根据不同要求，常用低通有三种：

巴特沃斯滤波器通带最平坦，阻带下降慢。 切比雪夫滤波器通带有纹波，阻带下降较快。

贝塞尔滤波器通带有纹波，阻带下降慢，且群时延恒定，失真小。

我们选择通带平坦的巴特沃思滤波器 n 阶巴特沃思传递函数。

()A j ω=

n: 阶数

ωC ：3dB 截止角频率 A0：通带电压增益

0|()|1()()10

n n

c A j A ωωω≈=

026lg 220

A n A ⇒=-=≈

因此本电路采用二阶巴特沃思低通滤波器与二阶巴特沃思高通滤波器级联而成。 基本框图如下

I

v

O

v

二、电路元件参数的计算

在选用元件时,当考虑由于元件参数误差对传递函数存在影响.规定电阻容差为1%,电容容差为5%。

为确保在300Hz 和3kHz 处衰减不大于3dB,先以额定截止频率270Hz 和3300Hz 计算。

运放中的电阻一般在几千欧到几十千欧，选择低通级电路的电容为10nF 。 对于低通级，10, 3.3H C nF f kHz ==

1c RC

ω=1121 4.822H H f R k RC f C ππ⇒=⇒=≈Ω

选择标准阻值4.7k ，12 4.7R R k ==Ω 同样对于高通0.1,270L C uF f Hz ==

1

c RC

ω=

1122 5.892L L f R k RC f C ππ⇒=⇒=≈Ω 取786R R k ==Ω

1 1.586VF A =

4

15R A R +

= 45

2345

R R R R R =+g

低通（LPF ） 高通（HPF ）

3

4

4

910

4(1)5

2

525.4

1

1

14.88

15,525

R=32.4k R=56k

R A R

R

R k

A

R k

R k R k

⇒=-

==Ω

-

=

=Ω=Ω

ΩΩ

取

同理可求出，

三、Multisim仿真

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

在multisim仿真时,我们发现原来设定的一些数值是需要微调的,这样才能达到更好的带通滤波效果,最终参数如下。

其中上面一个波特仪XBP1是使得滤波器增益为0dB时的波特图

下面的XBP2是原来的8dB增益时的波特图

四、器件的选择

由于本滤波器通频带为300Hz~3kHz ，通频带内的增益为8dB ，

8324Vd H A f k k

=⨯=，这个要求还是比较低的。op07和lm358都是非常常见并且比较便宜

的芯片，而且都满足条件。Op07是高精度运放，一片Op07里只有一个运放，而一片lm358

则有两个运放，采用lm358。

Lm358的资料

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 内部频率补偿

直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz)

电源电压范围宽：单电源(3—30V) 双电源(±1.5 一±15V)

低功耗电流，适合于电池供电

·

五、Protel制板

采用protel99se绘制PCB板。

六、体会

通过本次试验我们不仅学会了初步设计电路的一些流程，将理论运用于实践，而且还自学了Multisim，了解到这个软件的强大仿真功能，另外我们也能够自己去搜集芯片资料去综合考虑很多问题最终决定方案，还用protel制作了PCB板，进一步提高了我们的实践能力。

七、参考文献

[1] 王景华、黄毅、杨鸣等.电子线路实验,南京：南京师范大学出版社2004.10

[2] 康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版），北京：高等教育出版社2013.3