文档介绍：二阶有源带阻滤波器设计报告
目录
设计要求………………………..P1
设计作用及目的………………..P1
设计的具体实现
⑴系统概述……………………...P1-P8
⑵单元电路设计及仿真分析…...P9-P22
⑶PCB版电路制作……………..P
心得体会及建议………………...P
附录……………………………...P
参考文献………………………...P
一、设计要求
⑴、设计一个二阶有源带阻滤波器电路,要求中心频率=50Hz,=10;
⑵、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能要求指标;
⑶、合理选用元器件。
二、设计的作用、目的
⑴、掌握二阶有源带阻滤波器电路的设计方法
⑵、了解二阶有源带阻滤波器的性能特点
⑶、掌握二阶有源带阻滤波器的安装与调试方法
⑷、掌握滤波器有关参数的测量、计算方法
⑸、理论应用于实践,增强动手能力
三、设计的具体实现
1、系统概述
⑴、相关知识了解
由有源器件(晶体管或集成运放)和电阻、电容构成的滤波器称为RC有源滤波器。滤波器分为一阶、二阶和高阶滤波器。阶数越高,其幅频特性越接近于理想特性,滤波器的性能就越好。滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信号处理、数据传输、抑制干扰等方面。这类滤波器主要优点是:小型,价廉;不需要阻抗匹配且可具有一定的增益;抗干扰能力强;截止频率低(可低至10-3Hz)。因受运算放大器的频带限制,主要用在超低频至几百千赫的频率范围。根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻止信号频率范围的不同,滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。
这里专门对二阶有源带阻滤波器进行研究。常用的二阶有源带阻滤波器电路有两种形式,一种是无限增益多路负反馈(MFA)有源二阶带阻滤波器电路,另一种是电压控制电压源(VcVs)有源二阶带阻滤波器电路。
电压控制电压源电路,它的运放为同相输入,具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点。滤波电路相当于一个电压源。其结构电路图如下图(a)所示,它的优点是电路性能稳定,增益容易调节。
无限增益多路负反馈电路,它的运放为反相输入,输出端通过C1、R1形成两条支路。其电路结构图如下图(b)所示。他的优点是电路具有倒相作用,使用元件较少;缺点是调解增益时会对参数有影响。
电压控制电压源电路
(b)无限增益多路负反馈电路
⑵、相关概念
①、有源滤波电路:若滤波电路含有有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成,成为有源滤波电路。
②、有源滤波器:有运算放大器和阻容元件组成的选频网络。用于传输有用频段的信号,抑制或衰减无用频段的信号。滤波器阶数越高,性能越逼近理想滤波器特性。
③、滤波器阶数:在分析有源滤波电路时,一般通过“拉氏变换”,将电压与电流变换成“像函数”U(s)和I(s)。R(s)=R,Zc(s)=,ZL(s)=SL。输出量与输入量之比称为传递函数,即。在传递函数中,分母中S的最高指数称为滤波器的阶数。
④、低通滤波器(LPF):低通滤波器是一种用来传输低频段信号,抑制高频段信号的电路。当信号的频率高于某一特定的截止频率时,通过该电路的信号会被衰减(或被阻止),而低于的信号通过该滤波器。
⑤、高通滤波器(HPF):高通滤波器是一种用来传输高频段信号,抑制或衰减低频段信号的电路。当信号的频率低于某一特定的设截止频率时,通过该电路的信号会被衰减(或被阻止),而高于时,信号可以通过该滤波器。
⑥、带阻滤波器(BEF):带阻滤波器是可以用来抑制或衰减某一频段信号,并让该频段以外的所有信号都通过的滤波器。即设低频段截止频率为,高频段截止频率为,则频率低于或高于的信号可以通过,而频率是在到之间的信号会被衰减。
⑦、阻带宽度:高频段截止频率与低频段截止频率之差,计为BW=。
⑧、通带放大倍数:实际中,滤波器的幅频特性可分为通带(能够通过的信号频率范围)、过渡带与阻带(阻止信号通过的频率范围)。称通带中输出电压与输入电压之比为通带放大倍数。
⑶、系统设计思路
要完成滤波器的实际任务,就是要根据所要求的指标,先确定电路形式,这里我选择的是电压控制电压源电路来实现设计要求。大致步骤为:
、据所要求的指标,确定电路形式;
②、列写电路传递函数,计算电路中各元件参数;
③、分析和检查元件参数的误差项,进行复算,看是否满足设计指标,若满足,就进行实验定案;若不满足要重新设计,直至达到设计指标为止。
⑷、二阶有源带阻滤波器的设计原理
根据对低通滤波器和高通滤波器功能的分析可知,当将低通滤波电路与高通滤波电路并联时,设低通滤波截止频率为,高通滤波截止频率为。则输入信号频率低于的从低通滤波支路到达输出端,高于的从高通滤波支路到达输出端。而若,那么原输入信号中