RC有源滤波器的快速设计

一、设计任务与要求

1、设计任务：语音滤波器设计

2、设计要求

性能指标要求：Δf=f H-f L=3000Hz-300Hz=2700Hz,Av=10,阻带衰减速率为

-40dB/10倍频程,fo=（f H*f L）^0.5=1000Hz。

二、设计方法

分析：要使通频带在300Hz~3000Hz之间，则需使一低通滤波器和一高通滤波器串联，构想图如图1：

3、就可得到带通滤波器，前者截止频率为3000Hz，后者截止频率为300Hz。又

要使Av=10，则有四种选择，即：10＝1*10＝10*1＝2*5＝5*2,此实验选择10＝2*5，即低通滤波器放大倍数为2, 高通滤波器放大倍数为5.另外，要使阻带衰减速率为-40dB/10倍频程，只需使低通滤波器和高通滤波器阻带衰减速率各为-20dB/10倍频程即可。则此实验可达设计要求性能指标。

三、设计电路及参数选择

1、电路工作原理

首先连接一压控电压源二阶低通滤波器，调整电路使其放大倍数为2，阻带衰减速率为-20dB/10倍频程, 截止频率为3000Hz，然后连接一无限增益多路反馈二阶高通滤波器调整电路使其放大倍数为5, 阻带衰减速率为-20dB/10倍频程, 截止频率为300Hz，最后将二者串联。

（附：仪器设备

模电实验箱1台双踪示波器1台

低频信号发生器1台万用表1台

元器件及工具1套）

由工作原理可得实验电路图如下：

2、电路参数的选择

因为参数K＝100/(fc*C`)，当f H=3000Hz，C=0.01μF时，由截止频率，电容及参数K的对应关系值K=3.3,再由压控电压源二阶低通滤波器设计表中可得，R1=3.7158KΩ，R2=7.425 KΩ,R3=R4＝22.2816 KΩ,C1=0.01μF。同理，当f L=300Hz，C`=0.1μF时, K=3.3, 由无限增益多路二阶反馈二阶高通滤波器设计表中可得，R1`=3.3759KΩ，R2`=40.8507 KΩ,C1=0.02μF

3、电路理论计算

压控电压源二阶低通滤波器

fo=1/[2π(R1R2C1C2)^0.5]= 4243.3Hz , ,

Au=Aup/[1+s(R1C1+R2C2-AupR1C1)-S^2R1R2C1C2]

f=fo时，Q=2πR1R2C1C2/[(2π-Aup)R1C1+2πR2C2]=0.712

Aup=1+R4/R3=2 20lg(Au/Aup)=-20.1

无限增益多路二阶反馈二阶高通滤波器

Au`= Aup`* S^2R1`R2`C`C1`/[1+sR2`(2C`+C1`)/(C`C1)`+ S^2R1`R2`C`C1`]

Aup`=C`/C1`=5

f=fo时,fp`=1/[2π(R1`R2`C`C1`)^0.5]=321.8Hz

Q`=(2C+C1)[R1/(CC1R2)^0.5]=0.704 20lg(Au/Aup)=-20.3

带通滤波器

Aup=10 Q=0.708 fp1=311Hz fp2=3023Hz 20lg(Au/Aup)=-40.2

四、实验测量主要技术指标

1、压控电压源二阶低通滤波器

Aup=2

作得幅频特性曲线如下

2、无限增益多路反馈二阶高通滤波器

Aup2=5.1

作得幅频特性曲线如下

3、带通滤波器

由1、2可得，阻带衰减速率B=B1+B2= -17.5+(-22.5)=-40dB/10倍频程

Aup=Aup1*Aup2=2*5.1=10.2

五、误差分析

实验所得数据与计算所得比较，容易发现阻带衰减速率及放大倍数非常吻合误差，极小，且符合性能指标要求，因此此实验达到预期效果。

六、心得体会

通过此次实验，我进一步理解及掌握了滤波器的知识，且提高了动手能力，很多知识也在此次实验中得到了很好的应用，而且对模拟电路的分析，连接，调试，错误分析等能力有了很大的提高，并且培养了我的团队意识，非常感谢此次实验给我带来的收获。