二阶有源带通滤波器的研究

所属课程：模拟电子技术基础

   

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一、    实验目的

1、            熟悉由运放、电阻和电容组成的二阶有源带通滤波器及其特性，并运用理论知识计算满足一定设计要求所需的元件参数；

2、            学会测量二阶有源带通滤波器的幅频特性及找出其截止频率点；

3、            进一步学习和提高焊板技术，掌握软件multisim仿真和硬件检测电路的基本方法。

二、    设计任务及要求

1、由二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器组成二阶有源带通滤波器

技术指标：单运放增益 Q=0.707

通带增益 

            下限频率 上限频率，误差允许范围20%

   2、设计二阶有源带通滤波器电路，计算电路元件参数，并进行仿真

    3、焊好硬件电路，测量技术指标参数，测量滤波器的截止频率

三、    实验原理

电路原理图

该带通滤波器由二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器组成，前级为低通，后级为高通。

 

 1、前级：二阶有源低通滤波器

传递函数：      其中：

低通电路决定了本实验带通滤波器的上限频率，要求，取C₁=C₂=1000pF

可求得：R₃=46.8k, 取47k,  R₃=R₁||R₂,  取R₁=110k,  取R₂=82k （R₁、R₂为分压器，可使通带增益为0dB。）

取Q=0.707，则A_VF=1.586   取R₅=39k   R₄=68k 

2、后级：二阶有源高通滤波器

传递函数：      其中：

高通电路决定了本实验带通滤波器的下限频率，要求，取C₁=C₂=0.1uF

可求得：R₆= R₇=5.31k, 取5.1k  取Q=0.707，则A_VF=1.586   取R₈=47k   R₉=82k

四、   

实验内容及步骤

1、    软件仿真

输入信号：正弦信号Vipp=2V  f=1kHz

幅频特性曲线：

下限频率：y1= - 3.0899dB，，在误差允许范围内

上限频率：y2= - 2.9588dB，，在误差允许范围内

相频特性曲线：

2、    硬件测试

1按电路原理图正确连接电路，注意正负双电源的连接，千万别接反。接入正弦信号Vipp=2V  f=1kHz；

2用双踪示波器观察电路原理图中的1点的输入波形和7点的输出波形，记录两点的电压，并计算滤波器通带电压增益A_V。

3分别向上、向下改变输入信号的频率，直到增益下降到滤波器通带电压增益A_V的0.707倍，记录输入信号的频率，即分别为该滤波器的上限频率和下限频率。

五、    实验数据及整理

  Vipp=2V  f=1kHz时，1点输入电压Vipp1=0.85V，7点输出电压Vopp=1.88V，

通带增益    

  截止频率点增益   输出电压Vopp’=1.33V

  下限频率： ，误差：，在误差范围内

 上限频率：，误差：，在误差范围内

六、    实验所获

1、          加深了对有源滤波器的认识，进一步掌握了有关有源滤波器的电压增益与截止频率的计算方法

2、          学会了设计电路和运用理论知识计算元件参数的基本方法

3、          掌握了multisim软件仿真和硬件电路检测的基本方法

 

第二篇：二阶有源滤波器设计

滤波器的种类很多，分类方法也不同。
? 1.从功能上分；低、带、高、带阻。
? 2.从实现方法上分:FIR、IIR
? 3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯）
? 4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器
? 等等。

典型例子：

定义：

可得：

如果不考虑阻抗问题，略。

完备的描述：

滤波器的截止频率为：；故有

实验内容：

设计一个二阶带通滤波器，其频率范围：（300Hz-3400Hz）；

焊接电路；测试结果；

表1，滤波器幅频特性

实验注意事项

1，      双电源供电±12V；

2，    由运放构成的滤波器适用于低频范围（一般在几百KHz—1MHz）；频率较高的滤波器一般用无源分离器件较好；

3，    滤波器描述中一般用传递函数，包括幅频特性、相频特性；理想滤波器在通带内应具有最大的幅值与线形的相移，阻带内幅值为0；

4，    Q的意义；