带通滤波电路设计实验报告

XXX大学

课程设计报告

课程名称：模拟电子电路课程设计

设计题目： 300Hz~3KHz带通滤波电路

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第一章

一、引言

测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想到的就是利用一个理想的滤波器，将这些干扰信号全部剔除。本文将以二阶有源带通滤波器为例熟悉滤波的原理并掌握其相关的应用。

二、滤波器的简介

1滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：

1.1无源滤波器:

由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成

1.2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。

2.从功能来上有源滤波器分为：

低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、

带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、

全通滤波器（APF）。

其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF 的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。

三、主要设计要求

利用Multisim仿真平台试设计一有源带通滤波器，要求为能低于300Hz和高于3KHz的信号，整个带通增益为8dB,在30Hz和300KHz 处幅频衰减应不小于26dB。

1.画出电路图，说明工作原理，写明电路参数及计算过程

2.进行电路仿真，仿真结果要求为带通滤波器的幅频和相频特

性

3.在Multisim中，在电路输入端输入一正弦信号，幅值不变，

改变频率，利用示波器观察输入输出波形，做出波特图。

第二章

一、 电路设计和分析 1、 电路组成原理

高通截止角频率ωω=ω

ωωωω

，高通截止频率ωω=

ωωωωωωω

低通截止角频率ωH =

ω

ωωωω

，低通截止频率ωω=

ω

ωωωωωω

ωL 必须小于ωH

2、传递函数

2.1二阶高通滤波电路

高通滤波电路

f >f L

低通滤波电路

v i

v 0，f L

二阶高通滤波电路的传递函数 A (ω)=

A ωωωω

ωω+ωω

ω+ωω

ω，式中ωc =

ω

ωω

，Q =

ωω−ωωω

ωω=ω

ωωωω

2.2二阶低通滤波电路

二阶低通滤波电路的传递函数 A (ω)=

A ωωωωω

ωω+ωω

ωs +ωω

ω

，式中ωc =ω

ωω

，Q =

ωω−ωωω

ωω=

ω

ωωωω

3、电路电路形式与元件参数的确定 3.1电路形式的确定

因为阻带十倍频程衰减要求不少于26dB，而一阶带通滤波电路每十倍频程衰减只有20dB达不到衰减要求，二阶带通滤波电路每十倍频程衰减40dB满足阻带衰减要求，所以滤波电路选用二阶带通滤波电路。

3.2电路元件参数的确定

3.2.1二阶高通滤波电路参数的确定

根据巴特沃斯滤波电路阶数n和增益的关系表可知，一级高通滤波电路和一级低通滤波电路串联形成一个一级带通滤波电路时，每一级的增益都为1.586，即4.006dB所以

=1.586，选定Rω=ωωω,则ω4=17ω

ωωω=ω+ωω

ωω

=300ωω,选定ω1=ω2=10ω，则ω1=ω2=由ωω=ω

ωωωωωω

53ωω

进行仿真，幅频特性曲线如下图

为满足实际应用情况保证300Hz~3kHz的信号能够全部通过，将

下限频率降低1.7%

ω

ω实际

=ωω×(1−1.7%)=300ωω×(1−1.7%)≈295ωω,此时

ω

ω实际=ω

ωωωωωω

=295ωω,选定ω1=ω2=10ω，则ω1=

ω2=54ωω电路如下：

进行仿真，结果如下：

此时中频段增益为4.01dB,符合增益要求，295.64Hz处增益为0.95dB,4.01dB−0.95dB=3.06dB≈3dB，满足调整后ω

ω实际

=

ωω×(1−1.7%)=300ωω×(1−1.7%)≈295ωω截至频率处增益下降3dB的要求。

相频曲线如下：

3.2.2二阶低通滤波电路参数的确定

由2.1.2可知，每一级的增益都为1.586，即4.006dB.所以

=1.586，选定Rω=ωωω,则ω7=17ωωωω=ω+ω7

ωω

=3ωωω,选定ω5=ω6=10ω，则ω4=ωω=ω

ωωωωωω

ω3=5.3ωω

进行仿真，幅频特性曲线如下图