有源滤波电路——带通滤波器
带通滤波器
带通滤波器带通滤波器是一种常见的电子元件，用于去除电子信号中的特定频率范围之外的信号。
它在各种电子设备和通信系统中发挥着重要的作用。
本文将从基本原理、应用领域和未来发展等方面进行阐述。
带通滤波器适用于那些需要选择特定频率范围内信号的电路。
它可以通过阻碍或通过特定频率范围内的信号来实现这一目的。
带通滤波器主要由一个输入端、一个输出端和一个中心频率组成。
中心频率是带通滤波器允许通过的信号的频率范围的中间值。
带通滤波器的基本原理取决于其类型。
常见的有主动滤波器和被动滤波器。
主动滤波器利用放大器来增强信号，以实现滤波效果。
被动滤波器则主要依靠电容器、电感器和电阻器等被动元件来实现滤波。
无论是主动滤波器还是被动滤波器，它们的工作原理都是基于电路中的共振现象，选择性地通过或阻碍特定频率范围的信号。
带通滤波器在很多领域都有广泛的应用。
在音频设备中，带通滤波器被用于隔离和增强特定频率范围内的声音信号，以实现音效调节和噪音消除。
在无线通信系统中，带通滤波器被用于选择所需的频率范围内的信号进行接收或传输，以实现可靠的通讯。
在雷达系统中，带通滤波器被用于去除杂波和干扰信号，以提高目标检测的准确性。
此外，带通滤波器还被广泛应用于医疗设备、图像处理、仪器仪表等领域。
随着科技的不断发展，带通滤波器也在不断演进。
新的滤波器设计和材料的发展使得滤波器的性能不断提升。
例如，有源滤波器采用了新型放大器和控制电路，使得滤波器的频率范围更广，滤波效果更好。
此外，尺寸更小、功耗更低的滤波器也正在被广泛研发，以适应无线通信设备的小型化和便携化需求。
未来，带通滤波器将继续在各个领域发挥重要的作用，并随着技术的进步不断演化。
随着5G通信技术的发展，对高频滤波器的需求将进一步增加，以实现更高的数据传输速率和更可靠的通讯。
同时，对功耗更低、尺寸更小的滤波器的需求也将持续增长，以适应便携设备的需求。
总之，带通滤波器作为一种常见的电子元件，在各种电子设备和通信系统中发挥着重要作用。
带通滤波电路带通滤波器
f<f1的信号可从低通滤波器通过
f>f2的信号可从高通滤波器通过
阻带宽度为f2 -fl
频率范围在fl<f<f2的信号被阻断
三、 带阻滤波电路
2. 常用带阻滤波器（BEF）
电路特征：输入信号经过一个由RC元件 组成的双T型选频网络，然后接至集成运 放的同相输入端。
工作原理：当输入信号的频率较高时，可 以认为电容短路，则高频信号从上面由两 个电容和一个电阻构成的T型支路通过；
Ui (s)
1 sC
M
1 sC
P
Uo(s)
UM (s) UP (s) UP (s)
1
R
sC
Ui (s) UM (s) UM (s) UO (s) UM (s) UP (s)
1
R
1
sC
sC
压控电压源二阶HPF电路பைடு நூலகம்
传递函数：
Au
(s)
1
[3
(sRC)2 Aup (s) Aup (s)]sRC (sRC)2
带阻滤波器的作用与带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号被 阻断，而在此频带之外，信号能够顺利通过。带阻滤波器也常用于抗干 扰设备中阻止某个频带范围内的干扰及噪声信号通过。
从原理上说，将一个通带截止频率为fl的低通滤波器与一个通带截 止频率为f2的高通滤波器并联在一起，当满足条件fl<f2时，即可组成带 阻滤波器。
1 Q 3 AuP
A u
f f0
A u p 3 A u p
Q A u p
Q是f=f0时的电压放大倍数与通带放大倍数之比
一、高通有源滤波电路
对数幅频特性
带通滤波器工作原理与带通滤波器原理图详解
带通滤波器工作原理与带通滤波器原理图详解带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。
比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路（RLC circuit）。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
工作原理一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。
通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
典型应用许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
这种有源带通滤波器的中。
有源带通滤波器设计
有源带通滤波器设计引言有源带通滤波器是一种常见的滤波器类型，用于滤除特定频率范围内的信号。
本文将介绍有源带通滤波器的设计过程和原理，以及如何使用基本电路元件实现。
有源带通滤波器原理有源带通滤波器是一种组合了放大器和带通滤波器的电路。
通过选择合适的放大器增益和滤波器参数，可以实现在一定频率范围内放大输入信号，并抑制其他频率上的信号。
有源带通滤波器的基本原理是选择适当的带通滤波器作为前馈网络，将放大器的输出信号反馈到滤波器的输入端，以实现对特定频率范围内的信号的放大。
有源带通滤波器设计步骤有源带通滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：步骤1：确定滤波器参数首先需要确定希望滤波器通过的频率范围。
这个范围可以根据具体的应用需求来确定。
同时还需要确定滤波器的截止频率和带宽。
这些参数将在后续的设计中使用。
步骤2：选择放大器根据滤波器的参数和所需增益，选择合适的放大器。
放大器的增益应该满足滤波器要求的放大倍数。
步骤3：设计前馈网络根据所选的放大器和滤波器参数，设计前馈网络。
前馈网络应具有带通滤波器的特性，可以选择不同的滤波器拓扑结构，如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等。
步骤4：选择反馈电阻选择合适的反馈电阻，以实现对滤波器输出信号的反馈。
步骤5：分析、模拟和优化进行电路分析和模拟，通过调整电路参数来优化滤波器的性能。
可以使用电路仿真软件进行模拟，并使用适当的优化方法来改善滤波器的频率响应和增益特性。
步骤6：实现电路根据设计结果，通过选取合适的电路元件来实现滤波器电路。
注意选择适当的操作放大器供电电压和电源。
有源带通滤波器设计示例下面是一个示例设计过程，以说明有源带通滤波器的设计思路。
步骤1：确定滤波器参数假设我们希望设计一个有源带通滤波器，通过频率范围为1kHz到10kHz的信号。
截止频率选择为2kHz，带宽选择为1kHz。
步骤2：选择放大器根据所需增益，选择一个增益足够的放大器。
假设选择一个增益为20倍的放大器。
带通滤波器
摘要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。
用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。
由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。
关键字：滤波器；集成运放；RC网络；有源滤波器The function of the filter is to make certain frequency within the scope of the signal, and the frequency by outside the scope curbed the signal or sharp attenuation. When the disturbance signal and the useful signal not in the same frequency range, can use filter to suppress the interference effectively.With LC network consisting of passive filter in the low frequency within the area, volume weight expensive and attenuation shortcomings, but with integrated op-amp and RC network consisting of active filter is more applicable to low frequency, in addition, it also has some of the gain, and because between the input and output has good isolation and facilitate cascade. Since most reflect the photoelectric signal has a physical information low frequency and amplitude small, vulnerable to interference, and characteristics of the RC active filters widely applied electric light weak signal detection circuit.Filter；integrated op-amp；RC network；active filter引言滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
滤波电路主要有以下四种基本类型
七
①低通滤波器
i
R 1 R jC
1 1 1 jRC
1 0 1 j
1 RC
0
(c)
C
o
U i
R
(b)
U o
它们的截止存在的问题 （1）电路的增益小，最大为1 （2）带负载能力差
1 0.707
0
o
(d )
如在无源滤波电路输 出端接一负载电阻RL， 则其截止频率和增益 均随RL而变化。
简单二阶低通滤波 电路的幅频特性
由幅频特性可见ω>>ω0时衰减 的斜率为－40dB/十倍频。但在 ω0附近，其幅频特性与理想的 低通滤波特性相差较大。
0 -3dB
20 lg
Af ( ) / dB Af
-40dB/十倍 频
0.1 0.37 1
10
ω/ω0
改进
R
1
R
U
2
f
将电容C1的接 地端改接到集成 运放的输出端。
o
up
o
A A
up
高通
1
通
1
阻
2
通
o
带阻滤波器电路图
C
C
R
1
R
f
1 o 1 j 2 Q o 2 Rf 1 1 Af 1 Q R1 RC 22 Af
二阶有源带通滤波电路
二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路是一种常见的电子电路，它能够在一定频率范围内通过信号，同时阻隔其他频率的信号，常用于音频处理、通信系统等方面。
本文将从以下几个方面详细阐述二阶有源带通滤波电路的原理、设计和应用。
第一步，阐述有源滤波器的基本原理。
有源滤波器是利用运算放大器的放大作用来实现滤波的电路，因此其具有较高的增益和稳定性，能够在较宽的频率范围内实现滤波，同时还能够通过调整电路参数来实现所需的滤波特性。
基本的有源滤波器包括有源低通滤波器、有源高通滤波器、有源带通滤波器和有源带阻滤波器。
第二步，讲解二阶有源带通滤波电路的设计。
在二阶有源带通滤波电路中，通常采用两个运算放大器进行级联，构成一个二阶电路结构。
在电路的输入端和输出端之间，通过一个带通滤波器来实现所需的频率范围内的有源增益，同时阻隔其他频率范围的信号。
该电路的设计主要包括电路参数的选择和运算放大器的配置等方面。
在参数设计时需要确保所选参数能够滤除杂波和噪声的同时保持信号的快速响应，同时在运算放大器的配置中要考虑放大器的增益和带宽等特性。
第三步，介绍有源带通滤波器的应用。
有源带通滤波器广泛应用于音频处理、无线通信系统、雷达信号处理等方面。
在音频处理中，可以通过有源带通滤波器来实现音乐合成、均衡器、调音台等功能，使得音频效果更加优美；在无线通信系统中，有源带通滤波器不仅能够滤除杂波和噪声，还能够增强所需频段的信号强度，提高系统的信号传输质量；在雷达信号处理中，有源带通滤波器能够滤除多普勒杂波和敌我干扰等干扰信号，提高雷达探测和目标识别的准确性。
通过以上三个方面的介绍，我们可以基本了解二阶有源带通滤波电路的原理、设计和应用。
二阶有源带通滤波电路在电子技术领域中有着广泛的应用，可以有效地滤除杂波、噪声和干扰信号，保持所需信号的清晰度和稳定性。
有源带通滤波器设计
有源带通滤波器设计
一、有源带通滤波器的基本原理
有源带通滤波器的核心是带通滤波器电路。
带通滤波器电路通常由一
个放大器、一个带通滤波器和一个反馈电路组成。
其中，放大器的作用是
增大输入信号的幅度，带通滤波器的作用是选择特定频率范围内的信号，
反馈电路的作用是将放大的信号重新引入放大器，从而实现对特定频率范
围内信号的放大。
二、有源带通滤波器的设计步骤
1.确定设计的频率范围：根据应用需求确定要选择和放大的频率范围。
2.选择放大器：根据信号的幅度要求选择适合的放大器。
常见的放大
器有运放放大器和晶体管放大器等。
3.设计带通滤波器：根据所选频率范围设计带通滤波器。
带通滤波器
可以采用主动滤波器或者被动滤波器。
主动滤波器采用放大器进行放大，
能够提高滤波器的增益和选择性。
4.设计反馈电路：设计反馈电路将放大的信号重新引入放大器，从而
实现对特定频率范围内信号的放大。
反馈电路的设计要考虑放大器的放大
倍数、输入和输出阻抗等因素。
5.验证设计：通过仿真或实际电路验证设计的性能和参数。
6.优化设计：根据测试结果，优化电路设计，提高性能和可靠性。
三、有源带通滤波器的应用
1.音频放大器：有源带通滤波器可以选择特定频率范围内的音频信号并放大，用于音频放大器的设计。
2.语音处理：有源带通滤波器可以用于语音的去噪、降噪和增强等处理。
3.通信系统：有源带通滤波器可以筛选特定频率范围内的信号，提高通信系统的性能。
4.仪器测量：有源带通滤波器可以用于仪器测量中，选择特定频率范围内的信号并放大。
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实验报告专业：______
姓名：______
学号：________
日期：__________
桌号：________________
课程名称：电路原理实验指导老师：成绩：________________
实验名称：有源滤波电路——带通滤波器
一、实验目的
1. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。
2. 用Pspice仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。
3. 根据给定的带通滤波器结构和元件，分析三种不同中心频率的带通滤波器电路的工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。
4. 实现给定方波波形的分解和合成。
二、实验原理
滤波器是一种二端口网络，它的作用是允许某频率范围的信号通过，滤掉或抑制其他频率的信号。
允许通过的信号频率范围称为通带，其余信号的频率范围称为阻带。
许多通过电信号进行通信的设备，如电话、收音机、电视和卫星等都需要使用滤波器。
严格的说，实际的滤波器并不能完全滤掉所选频率的信号，只能衰减信号。
无源滤波器通常由RLC元件组成，一般采取多节T型或π型结构，制造难，成本高，特别是电感元件的重量和体积都很大。
用RC元件与运放集成块构成的有源滤波器，不用电感线圈，因此广泛用于工程电路。
此外，运放的开环电压增益很大，输入阻抗高，输出阻抗低，组成的滤波器有一定的放大、隔离和缓冲作用。
相比于无源滤波器，有源滤波器有许多优点：可以按要求灵活设置增益，并且无论输出端是否带载，滤波特性不变，这也是有源滤波较无源滤波得到更广泛应用的原因。
1. 带通滤波器电路
图1所示为一个无限增益多路反馈带通滤波器电路，传递函数为： 其中各系数为：
表征带通滤波器性质的重要参数有三个，分别是：
中心频率，也即谐振频率，带通滤波器在中心频率处转移函数的幅值最大。
带宽，定义为两个截止频率之差；截止频率 ωc 的定义为：转移函数的幅
值由最大值下降为最大值的 时的频率，即
品质因数，定义为中心频率与带宽之比。
带通滤波器的增益Kp 定义为传递函数在中心频率处的幅值增益。
三个带通滤波器设计为：Kp=4，Q=5，中心频率分别为：1kHz ，3kHz ，5kHz ，对应各元件参数为：
C=0.01μF ，R1=20k Ω，R2=1.8k Ω，R3=160k Ω。
C=0.01μF ，R1=6.8k Ω，R2=0.56k Ω，R3=56k Ω。
C=0.01μF ，R1=3.9k Ω，R2=0.36k Ω，R3=33k Ω。
2. 反相加法器
反相加法器电路如图2所示，输出为：
三、实验接线图
四、实验设备
1. 信号源；
2. 动态实验单元——滤波器组件；
3. 示波器；
五、实验步骤
1. 利用PSpice 软件，对给出的三个带通滤波器的工作特性进行仿真分析。
输入信号选择幅值为1V ，f=1KHz 的方波电压。
观察一个方波信号分别通过三个带通滤波器后，波形和谐波成分的变化。
2. 利用PSpice 软件进行仿真分析，计算正弦信号分别通过三个带通滤波器时的幅频特性。
3. 使用Um=1V ，f=1KHz 的方波电压信号源输出，连接到动态电路板的输入端，将激励源和带通滤波器的输出端分别连至示波器的两个输入口YA 和YB ，这时可在示波器的屏幕上同时观察到激励与响应的变化规律。
分别选择三个不同中心频率的带通滤波器，观察并记录此时的输出信号的变化；对滤波后的信号分别作fft 分析，观察信号中谐波成分的变化情况。
4. 使用Um=1V ，f=1KHz 的方波电压信号源输出，将三个带通滤波器的输出连接到反相加法器的输入端，观察并记录反相加法器输出端信号，并对此信号分别作fft 分析，观察信号中谐波成分的变化情况。
5. 使用正弦电压信号源输出，绘制中心频率为1KHz 、3KHz 、5KHz 带通滤波器的幅频特性图。
6.
选做内容：将可调电阻接入反相加法器的反馈回路，定性地观察当此电阻变化时，加法器输出信
号的变化（输出饱和现象）。
六、实验数据记录
1. 记录原始波形分别通过三个带通滤波器后，波形和谐波成分的变化
C=0.01μF ，R1=20k Ω，R2=1.8k Ω，R3=160k Ω。
Time
15.0ms
15.5ms 16.0ms 16.5ms 17.0ms
V(V1:+)
V(U5A:OUT)
-5.0V
0V
5.0V
Frequency
0Hz
5KHz
10KHz 13KHz
V(V1:+)
V(U5A:OUT)
0V
2.0V
4.0V
6.0V
图为输入谐波成分
图为输出谐波成分
C=0.01μF，R1=6.8kΩ，R2=0.56kΩ，R3=56kΩ。
15.0ms15.5ms16.0ms16.5ms17.0ms
V(V1:+)V(U5A:OUT)
Time
0Hz5KHz10KHz13KHz V(V1:+)V(U5A:OUT)
Frequency
图为输入谐波成分
图为输出谐波成分
C=0.01μF，R1=3.9kΩ，R2=0.36kΩ，R3=33kΩ。
15.0ms15.5ms16.0ms16.5ms17.0ms
V(V1:+)V(U5A:OUT)
Time
0Hz5KHz10KHz13KHz V(V1:+)V(U5A:OUT)
Frequency
图为输入谐波成分
图为输出谐波成分
2. 记录三个带通滤波器的输出波形通过反相加法器后的波形和谐波成分的变化；
V(V1:+)V(U35A:OUT)
Time
6.0V
4.0V
2.0V
0V
0Hz5KHz10KHz15KHz20KHz V(V1:+)V(U35A:OUT)
Frequency
图为方波谐波成分
图为合成波谐波成分
3. 记录中心频率为1KHz带通滤波器的幅频特性曲线
4.0V
2.0V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V(U5A:OUT)V(U15A:OUT)V(U25A:OUT)
Frequency
图为中心频率为1KHz、3KHz、5KHz带通滤波器的幅频特性曲线
100Hz 1.0KHz10KHz100KHz V(U5A:OUT)
Frequency
幅频特性数据记录表
11。