二阶压控型低通、高通、带通、带阻滤波器的设计.doc

('东北石油大学课程设计2016年7月14日课程电子线路综合课程设计题目有源滤波器设计院系电子科学学院专业班级电子信息工程14-3学生姓名陈忠昕学生学号指导教师韩建东北石油大学课程设计任务书课程电子线路综合课程设计题目有源滤波器设计专业电子信息工程14-3姓名陈忠昕学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：利用运算放大器组成有源低通、高通、带通、带阻滤波器。基本要求：1.通频带自定义；2.测量设计的有源滤波器的幅频特性；3.选用通用运算放大器，运放的开环增益应在80dB以上；4.采用Multisim软件进行仿真，验证和完善设计方案；5.按要求完成课程设计报告，交激光打印报告和电子文档。主要参考资料：[1]童诗白.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]陈明义.电子技术课程设计实用教程(第3版)[M].长沙：中南大学出版社，2010.[3]程春雨.模拟电子技术实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2016.完成期限2016年7月14日指导教师专业负责人2016年7月5日一、任务技术指标1.二阶压控型有源低通滤波器（LPF）设计一个二阶压控型有源低通滤波器，要求特征频率f0=100kHz，Q=1；2.二阶压控型有源高通滤波器（HPF）设计一个二阶压控型有源高通滤波器，要求特征频率f0=100Hz，Q=1；3.二阶压控型有源带通滤波器（BPF）设计一个二阶压控型有源带通滤波器，要求中心频率为f0=5KHz，Q=2；4.二阶压控型有源带阻滤波器设计一个二阶压控型有源带阻滤波器，要求中心频率为f0=100Hz，Q=2；二、总体设计思想设计滤波电路实现，让指定频段的信号能比较顺利地通过，而对其他频段信号起衰减作用。如低通滤波电路能使低频信号顺利通过，而使高频信号受到抑制。常见的无源滤波有RC滤波，但RC滤波电路中的电阻会消耗信号能量，所以我们用放大电路和RC网络组成有源滤波电路，以提高滤波性能。1.二阶压控型有源低通滤波器（LPF）电将简单二阶有源低通滤波电路中C1的接地端改接到集成运放的输出端，形成反馈。如图1所示，对于反馈信号而言，电容C1具有超前作用，而电容C2=具有滞后作用。因此只要参数合适，可使该电路在f0附近的反馈极性为正，又不致造成自激振荡，从而使f0附近的电压放大倍数得到提高。当f<>f0时信号被C2衰减，输出电压的幅值小，反馈信号弱，对电压放大倍数影响也不大。1)通带电压放大倍数通带电压放大倍数是f=0时输出电压与输入电压之比。而对于直流信号而言，电路中的电容相当于开路，因此通带电压放大倍数（I）；2)传递函数集成运放同相输入端的对地电压与输出电压的关系是（II），U+(S)与M点的电位关系是（III），由节点电流法可得（IV）,将（I）（II）（III）式联立求解，可以得到传递函数（V）。该式表明此电路的通带电压放大倍数应该小于3，否则Au(S)将有极点处于右半s平面或虚轴上，电路不能稳定工作。若希望Aup>3，可采用二阶无限增益多路反馈LPF。3)频率特性将传递函数中的s换成jω，并令，则有。当f=f0时可化简为（VI）。2.二阶压控型有源高通滤波器（HPF）有源高通滤波器与有源低通滤波器成对偶关系，如图2所示幅频特性曲线、传递函数与LPF成对偶关系。若HPF和LPF的通带截止频率相同，那么HPF和LPF的幅频特性以垂直线f=fp为对称，二者随频率的变化是相反的，HPF的Au随频率升高而增大。将LPF传递函数中的s换成，调整一下系数，则变成了相应的HPF的传递函数。所以，可以得到1)通带电压放大倍数当频率足够高时，电容C1和C2可视为短路，因此HPF的通带电压放大倍数为；2)传递函数根据对偶关系，将LFP传递函数中的sCR换为，则得到HPF的传递函数，整理得；3)频率特性将中的s换成jω，并令，则有。所以f<