负反馈结构的带通滤波器分析与设计
有源带通滤波器的设计和分析
有源带通滤波器的设计刘田辉（德州学院物理与电子信息学院，山东德州253023）摘要滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。
随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。
本文阐述了有源带通滤波器的基本原理，对滤波器的传输函数进行了推导并给出了两种设计方法：一种是无限增益多路负反馈（MFB）有源二阶带通滤波器电路，另一种是压控电压源（VCVS）有源二阶带通滤波器电路，并对两种电路的频率特性进行了分析，通过Multisim作电路仿真设计。
经过仿真及仿真结果的分析验证了所设计的方法是正确的。
关键词有源滤波器；带通；频率特性； Multisim71绪论从20世纪60年代至今，集成运放获得了迅速发展，同时带通滤波器迅猛发展，滤波器是一种只传输指定频段信号，滤波器顾名思义具有滤波作用，及抑制其他频段信号的电路。
滤波器是选频装置，能让信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。
在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析[1]。
本文所述内容属于模拟滤波范围。
主要介绍模拟滤波器中带通原理、设计、仿真、以及主要参数。
随着电力电子设备的发展和广泛应用，使全球各地的电网被谐波严重污染着，迫切需求治理。
而有源滤波器正是解决这个问题的最佳选择！利用有源滤波器电路可以衰减无用频率信号，突出有用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到选频或提高信噪比的目的，因此有源滤波器被很广泛应用于测量、通信以及控制技术的小信号处理。
20世纪80年代电子技术改造面临着一个重大课题就是实现各种电子系统的全面大规模集成。
使用最多的滤波器成为很大很艰巨的技术障碍，RC有源滤波器不能实现全面大规模集成，机械滤波器和无源滤波器就更不用说了，所以，聪明的先人只能另辟新径来解决这一难题。
20世纪50年代就曾经有人提出的概念，但由于当时集成工艺不成熟，并没有引起太多人的重视。
带通滤波器设计最新123
带通滤波器设计最新123
设计一个最新的带通滤波器需要以下步骤：
1. 确定滤波器的通带和阻带频率范围。
2. 选择适合的滤波器类型，如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等。
3. 确定滤波器的基本参数，如通带衰减、阻带衰减、通带纹波和阻带纹波。
4. 根据所选滤波器类型和参数进行设计，确定滤波器的阶数。
5. 使用计算工具或滤波器设计软件，根据所选的滤波器类型、参数和阶数进行滤波器设计。
6. 选择合适的滤波器实现方式，如滤波器电路、数字滤波器等。
7. 进行滤波器的电路分析和仿真，优化滤波器性能。
8. 根据滤波器设计结果，制作滤波器的电路原型或者进行数字滤波器算法实现。
9. 对原型进行实验测试，评估滤波器的性能和效果。
10. 根据实际需求，优化和调整滤波器设计，进行进一步的改
进和迭代。
需要注意的是，滤波器设计是一个复杂的工程过程，要考虑到滤波器的性能指标、设计限制、实现成本和实际应用等方面因素。
因此，最新的带通滤波器设计需要根据具体的应用场景和需求来进行设计和优化。
滤波器设计中的滤波器阻带和通带的滤波器阻带和通带的优化方法分析
滤波器设计中的滤波器阻带和通带的滤波器阻带和通带的优化方法分析滤波器设计中的滤波器阻带和通带的优化方法分析在滤波器设计中，滤波器阻带和通带的优化方法是非常重要的一环。
滤波器的设计目标是通过去除不需要的频率分量或增强需要的频率分量来改善信号的质量。
为了实现这一目标，设计者需要理解滤波器阻带和通带的概念，并且掌握相应的优化方法。
一、滤波器阻带的定义和作用滤波器阻带是指在滤波器的频率响应曲线上，信号幅度被压制的区域。
在滤波器设计中，滤波器阻带的定义是根据设计要求和信号特性来确定的。
滤波器阻带的作用是去除或削弱不需要的频率分量。
例如，在音频处理中，滤波器阻带可以用来消除噪音或杂音，提高音质；在通信系统中，滤波器阻带可以去除干扰信号，提高通信质量。
二、滤波器通带的定义和作用滤波器通带是指在滤波器的频率响应曲线上，信号幅度被保留的区域。
滤波器通带的定义也是基于设计要求和信号特性。
滤波器通带的作用是保留需要的频率分量。
通过调整滤波器通带的带宽和中心频率，可以选择性地放行特定频率范围内的信号。
这对于调制解调、频率分割、信号分析等应用非常重要。
三、滤波器阻带和通带的优化方法1. 极点和零点配置法滤波器的频率响应可以通过极点和零点的配置来调节。
在滤波器设计中，通过布置极点和零点的位置以及它们的数量，可以实现对阻带和通带的优化。
例如，可以通过增加阻带内的极点数量来增强滤波器的阻带衰减，或者通过减少通带内的极点和零点数量来实现通带的增益平坦。
这种方法侧重于调整滤波器频率响应的形状来达到理想的滤波效果。
2. 滤波器仿真与参数优化法利用滤波器仿真软件，可以对滤波器的阻带和通带进行详细的分析和优化。
通过改变滤波器的设计参数，如滤波器类型、阶数、截止频率等，可以得到不同的频率响应。
在仿真过程中，设计者可以观察到滤波器在阻带和通带的响应情况，并通过调整参数来优化滤波器的性能。
通常可以使用参数优化算法或者优化器来搜索最佳的设计参数，以达到所需的滤波效果。
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。
毕业设计LC带通滤波器的设计与仿真设计
毕业设计LC带通滤波器的设计与仿真设计引言：滤波器是电子电路中非常重要的一个部分，它可以对输入信号进行频率选择性的处理。
而LC带通滤波器是一种常见的滤波器，它能够选择特定的频带通过，达到滤波的目的。
本文将介绍LC带通滤波器的设计和仿真，并带有实际案例进行说明。
设计目标：设计一个LC带通滤波器，达到对输入信号的特定频率带进行增强或抑制的效果。
设计的滤波器需要满足以下要求：1.通带范围：10kHz-20kHz2.阻带范围：0-5kHz和25kHz-正无穷大3.通带衰减：小于3dB4.阻带衰减：大于40dB设计步骤：1.确定滤波器的类型和拓扑结构。
对于LC带通滤波器，常用的拓扑结构有L型和π型两种。
本文选择π型结构进行设计。
2.根据设计要求，计算滤波器的理论参数。
计算中需要考虑到通带范围、阻带要求和通带衰减等因素。
3.根据计算结果，选择合适的电感和电容值。
4.绘制原理图，并进行仿真。
使用专业的电子设计自动化(EDA)软件进行仿真，如SPICE仿真软件。
5.优化滤波器的性能。
根据仿真结果进行进一步调整，优化滤波器的通带范围和衰减性能。
仿真设计案例：选取一个实例进行LC带通滤波器的设计和仿真。
示例要求：通带范围：12kHz-18kHz阻带范围：0-10kHz和20kHz-正无穷大通带衰减：小于2dB阻带衰减：大于50dB设计步骤：1.选择π型结构，选取合适的电感和电容值。
2.计算得到电感值为L=100μH，电容值为C1=22nF和C2=47nF。
3.绘制原理图，并进行SPICE仿真。
4.仿真结果显示，滤波器在通带范围内的衰减小于2dB，在阻带范围内的衰减高于50dB。
5.进行微调和优化，根据需要调整电感和电容值，以获得更理想的滤波器性能。
结论：通过设计和仿真，成功地完成了LC带通滤波器的设计过程。
根据示例结果，可见所设计的滤波器在设计要求范围内达到了优良的滤波效果。
这个设计过程可以用于其他LC带通滤波器的设计，只需根据实际要求进行参数选择和优化。
毕业设计(论文)LC带通滤波器的设计与仿真设计
摘要随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理的不可缺少的部分，也得到了迅速的发展。
LC滤波器作为滤波器的一个重要组成部分，它的应用相当的广泛。
因此对于它的设计也受到人们的广泛关注。
如何设计利用简单的方法设计出高性能的LC滤波器是人们一直研究的课题。
本文从滤波器的基本概念着手，层层深入的介绍了LC带通滤波器的设计过程，按照滤波器的经典设计方法，运用前人得出的一些数据手册，通过对实例的研究，简单的设计出了LC 带通滤波器。
然后把设计出的电路在Multisim8.3.30软件上进行仿真，最后把得出的结果与通过用matlab 7.1中信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具fdatool设计出的滤波器进行对比，得出方法的有效性。
关键词：LC带通滤波器设计Multisim8 fdatool 仿真ABSTRACTWith the development of electronic information, signal processing filter as an indispensable part, has been rapid development. LC filter filter as an important part of its application of a broad. Therefore it is designed also to be people's attention. How to design a simple way to design high-performance LC filter people had been studying the subject.From the basic concept of filter start layers of depth on the LC filter with the design process, in accordance with the filter of classical design methods, the use of their predecessors that some data sheet, through the example of the study, the simple Designed to bring the LC filter. And then design a circuit in Multisim8.3.30 software simulation, the results of the final and by using matlab 7.1 signal processing in the toolbox for the filter design analysis tool designed to filter fdatool compared draw The effectiveness of the method.Keywords: LC band-pass filter design Multisim8 fdatool Simulation目录第一章绪论 (1)1.1滤波器简介 (1)1.1.1滤波器的概念 (1)1.1.2滤波器的种类 (2)1.2L C滤波器概述 (4)1.2.1L C滤波器的两种类型 (4)1.3国内外滤波器的发展和研究现状 (5)1.3.1滤波器的发展状况 (5)1.3.2国内外投入滤波器产业概况 (6)1.3.3滤波器的前景 (7)1.3.4几种新型滤波器介绍 (8)1.4研究工作概要和内容安排 (9)1.4.1研究工作概要 (9)1.4.2论文章节安排 (9)第二章滤波器的特性 (11)2.1理想滤波器的特性 (11)2.2实际滤波器的特性 (14)2.2.1巴特沃斯特性 (15)2.2.2切比雪夫特性 (16)2.2.3贝塞尔特性 (16)2.2.4椭圆特性 (17)第三章L C带通滤波器的设计 (19)3.1归一化切比雪夫低通滤波器 (19)3.1.1切比雪夫滤波器 (19)3.1.2阶数的决定 (20)3.1.3归一化切比雪夫低通滤器 (21)3.2由低通到带通的变换 (23)3.2.1理论分析 (24)3.2.2实际应用 (28)3.3实例研究 (30)第四章滤波器的仿真 (35)4.1f d a t o o l工具的介绍和应用 (35)4.2M u l t i s i m8的介绍及应用 (37)4.2.1电路的创建 (38)4.2.2仿真 (39)结束语 (43)致谢 (45)参考文献 (47)第一章绪论当今的社会是一个信息化社会，信号的处理是人们不可避免的问题，因此滤波器作为信号处理的装置得到广泛的应用。
带通滤波器系统仿真及设计说明
信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2013/2014学年第二学期）题目：带通滤波器系统仿真及设计专业班级：通信工程学生：学号：指导教师：设计周数： 2 周2014年7月11日目录1设计目的与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)2振荡器设计 (2)2.1振荡器的组成 (2)2.2振荡器的参数计算 (2)2.3仿真原理图 (3)2.4仿真结果 (3)3带通滤波器设计 (4)3.1滤波器原理 (4)3.2方框图 (4)3.3带通滤波器参数 (5)3.4仿真原理图 (5)3.5仿真结果 (6)4系统整体 (7)4.1仿真原理图 (7)4.2仿真结果 (7)5实际结果 (10)6实践心得 (11)7参考文献 (11)带通滤波器系统仿真及设计1设计目的与要求1.1设计目的（1）学习电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器的设计原理；.（2）由电源、振荡器、滤波器设计指标计算电路元件参数；（3）设计电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器；（4）熟练掌握焊接技术及multisim软件的应用；（5）测量有源滤波器的幅频特性。
1.2 设计要求（1）设计一个线性电源，根据整流、滤波、稳压原理设计正负5V直流电源；（2）根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器，该振荡器频率可调，能满足该滤波系统的所要求的频率围和幅度，在此基础上设计带通滤波器（中心频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz；通带增益Ap=1~5）；（3）设计方法：采用各种电子器件构成带通滤波器电路。
（4）画出有源滤波器的幅频特性曲线图；（5）写出设计报告。
2振荡器的设计2.1振荡器的组成（1）正反馈环节:由RC串、并联电路构成，同时起相位起振作用和选频作用。
同步调整串并联RC谐振电路中的两个电阻，或者同步调整两个电容，可以调整振荡频率，本电路采用的是固定电容值，同时改变两个电阻来进行振荡频率的调节。
（2）负反馈环节:由、、及二极管等元件构成，其中、、主要作用是引入负反馈。
RLC带通滤波器的设计与测试
RLC 带通滤波器的设计与测试—— 通信学院 一、概念：带通滤波器能将某一频率范围内的电压传输到输出端，滤掉该频率范围外的电压。
表征带通滤波器性质的重要参数有三个：A 、中心频率0f ：当电路的转移函数分母为纯实数是频率的值。
中心频率亦称谐振频率。
当电路的频率等于谐振频率时，激励函数的频率与电路自然响应的频率相等，称电路处于谐振状态。
中心频率即通带的几何中心。
B 、带宽β：带宽及通带的宽度。
其中21c c ωωβ-=，1c ω、2c ω为两截止频率。
C 、品质因数Q ：品质因数是中心角频率（0ω）与带宽的比值。
品质因数表明了通带宽度与频率在横轴上的位置无关，同时也表明了幅度特性曲线的形状与频率无关。
二、设计方案：方案一：串联RCL 振荡电路构造带通滤波器 电路图为：则有电压转移比为：jLCL C L R L R L j C j R R U U j H i )1()/(1)(20ωωωωωω-+=++==••])/1()/(arctan[90)(2ωωωθ--=︒LC C R j且222)]/([])/1[()/()(L R LC L R j H ωωωω+-=于是根据中心频率的定义（电路转移函数的分母为纯实数时的频率）， 则有LCf LC LC ππωωω21210100020==⇔=⇔=-下面计算截止频率1c ω和2c ω。
在频率等于截止频率时，转移函数的幅值为)(22)(210maxωωj H j H =。
又当LC10=ω时，)(ωj H 有最大值（中心频率为通带几何中心，即转移函数最大幅值处）。
则有2022000max )/(])/1[()/()()(L R LC L R j H j H ⋅+-==ωωωωω1)//1(])/1()/1[()/()/(1222=⋅+-⋅=L R LC LC LC L R LC （＊）设（＊）式左侧为21，则有 1)]/()/(1[1)]/([])/1[()/()(2222+-⋅⋅=+-=R L R C L R LC L R j H c c c c c c ωωωωωω012=-⋅±⋅⇔CR L c c ωω故解之有LCL R LR LC L R L R c c 1)2(21)2(22221++=++-=ωω由此可以验证 LCc c 1210=⋅=ωωω，与前面计算结果相同，故方法正确。
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《现代电路理论与设计》课程实验报告
实验名称 负反馈结构的带通滤波器分析与设计 实验日期
2015-10-19
班级 研15-2班 学号 2015200236 姓名
汪瑶
指导老师 评分
一、实验内容
1、负反馈有源带通滤波器设计原理
（1）转移函数:其中K=1+Ra/Rb，
如果要设计的带通滤波器的转移函数形式为
将上两式进行比较，可得电路参数与元件值的关系如下
2、负反馈有源带通滤波器原理图
图4.1
3.负反馈有源带通滤波器设计方法
若令R=R1R2/(R1+R2)，R2=βR，C1=C，C2=αC，则有
因此，可求得电路的设计公式为
电路的设计步骤为：给定C、α、β的值；按上述设计公式依次确定R2、R1、R3的值；
根据H0的值确定Ra和Rb的值。
4、负反馈有源带通滤波器设计任务
设计一个wp=10000rad/s，Q=1/√2的有源带通滤波器。
二、实验目的
（1）帮助学生理解滤波器的设计过程，掌握基本的设计技巧；
（2）帮助学生学习并使用电路仿真软件；
（3）借助仿真软件，分析和设计滤波器。
三、实验过程
1、理论计算
①取C=1nF，α=β=1，wp=10000rad/s，Q=1/√2。
②根据设计公式，可计算得，
R2=100k
r=3-√2≈1.586，取r=1.5
R1=200k
R3=200k
H0=2
③根据H0值，确定K，从而确定Ra和Rb得
Rb/Ra=2501
取Ra= 1k ,Rb=2501k。
2、仿真步骤
（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图4.2
所示：
图4.2仿真电路图
（2）设置仿真参数，如下图4.3所示：
图4.3仿真参数设置
运行仿真，得到如下图4.4所示：
图4.4输出/输入波特图
（3）改变C1值。采用参数扫描方式，让C1的值从1n到11n，每2n取一次值。扫描方式
设置如下图4.5所示，
图4.5设置参数扫描范围
设置参数扫描后的波形如图4.6所示，
图4.6改变参数C1的波形变化
（4）改变C2值。采用参数扫描方式，让C2的值从0.1n到1.1n，每0.2n取一次值。
设置参数扫描后的波形如下图4.7所示
图4.7改变参数C2的波形变化
（5）改变Ra值。采用参数扫描方式，让Ra的值从1k到10k，每2k取一次值。扫描方式
设置如下图4.8所示，
图4.8设置参数扫描范围
设置参数扫描后的波形如下图4.9所示
图4.9改变参数Ra的波形变化
（6）改变R1值。采用参数扫描方式，让R1的值从100k到200k，每20k取一次值。
设置参数扫描后的波形如下图4.10所示
图4.10改变参数R1的波形变化
（7）改变R2值。采用参数扫描方式，让R2的值从10k到110k，每20k取一次值。设
置参数扫描后的波形如下图4.11所示
图4.11改变参数R2的波形变化
（8）改变R3值。采用参数扫描方式，让R3的值从10k到110k，每20k取一次值。设
置参数扫描后的波形如下图4.12所示
图4.12改变参数R3的波形变化
四、实验结果分析
（1）仿真结果分析
由图4.4的波形图，可看出，在低频段，它的增益随频率的增大而增加，斜率为二十分
贝每十倍频程；在高频段，它的增益随频率的增加而减小，斜率为负二十分贝每十倍频程。
由图4.6的波形图，可看出，改变参数C1，随着容值的增加，低频段的截止频率逐渐
减小，高频段变化不大。而且Q值变化不大。
由图4.7的波形图，可看出，改变参数C2，随着容值的增加，高频段的截止频率逐渐
减小，低频段变化不大，但Q值变化不大。
由图4.9的波形图，可看出，改变参数Ra，随着阻值的增加， Q值在增大，中心频率
几乎不移动。
由图4.10的波形图，可看出，改变参数R1，随着阻值的增加，几乎整个波形向下平移，
高频段移动的距离稍比低频段的大，中心频率几乎不移动，输出波形幅值逐渐减小。
由图4.11的波形图，可看出，改变参数R2，随着阻值的增加，Q值在减小，低频段截
止频率减小，高频段变化不大。
由图4.12的波形图，可看出，改变参数R3，随着阻值的增加，波形同改变C1的值时
相似，低频段截止频率减小很明显，高频段改变不大，不同的是Q值在增大，，输出波形幅
值逐渐增大。
（2）分析3dB带宽与品质因数Q的关系
由上面各波形图可看出，品质因数Q越大，波形的隆起越高，当中心频率不变的时，
波形就越瘦，即总波形又瘦又高，很容易看出，此时的带宽就越窄。
（3）实验总结
由上面仿真结果可看出，设计带通滤波器时，我们可以通过改变两个电容的容值来调整
3dB通频带的大小，通过改变Ra或Rb或R1来改变Q值，综合考虑这两个方面，就可以设
计出满足要求的滤波器。