【正文】 ................................ 6 簡(jiǎn)單一階低通有源濾波器 .............................................................................. 6 簡(jiǎn)單二階低通有源濾波器 .............................................................................. 7 3 方案設(shè)計(jì)與仿真 .................................................................................................................. 9 設(shè)計(jì)思路 ....................................................................................................................... 9 低通濾波器理解分析與計(jì)算 ....................................................................................... 9 電路仿真及結(jié)果 ......................................................................................................... 12 仿真軟件簡(jiǎn)介 ................................................................................................ 12 仿真電路及結(jié)果 ............................................................................................ 13 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 26 致 謝 ...................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 1 引言 濾波器是一種能使有用信號(hào)通過(guò)，濾除信號(hào)中的無(wú)用頻率，即抑制無(wú)用信號(hào)的電子裝置。 有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。 低通濾波器是一個(gè)通過(guò)低頻信號(hào)而衰減或抑制高頻信號(hào)的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。但實(shí)際濾波器不能達(dá)到理想要求。為了尋找最佳的近似理想特性，本文主要著眼于幅頻響應(yīng)，而不考慮相頻響應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。 濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但 RC 網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)而成。對(duì)于 n為偶數(shù)的高階濾波器，可以由 n/2 節(jié)二階濾波器級(jí)聯(lián)而成；而 n為奇數(shù)的高階濾波器可以由 (n1)/2 節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級(jí)聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)。 1917年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 20世紀(jì) 50年代無(wú)源濾波器日趨成熟。自 60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可 靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70年代以后的主攻方向。導(dǎo)致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開(kāi)關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到 70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來(lái)并得到應(yīng)用。 80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制。當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。我國(guó)廣泛使用濾波器是 50年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國(guó)濾波器在研制、生產(chǎn) 和應(yīng)用等方面已納入國(guó)際發(fā)展步伐，但由于缺少專門(mén)研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來(lái)，使得我國(guó)許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國(guó)際發(fā)展有一段距離。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè) 我國(guó)現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。從整體而言，我國(guó)有源濾波器發(fā)展比無(wú)源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。從下面的生產(chǎn)應(yīng)用比例可以看出我國(guó)各類濾波器的應(yīng)用情況： LC 濾波器占 50%；晶體濾波器占 20%；機(jī)械濾波器占 15%；陶瓷和聲表面濾波器各占 1%；其余各類濾波器共占 13%。從這些應(yīng)用比例來(lái)看，我國(guó)電子產(chǎn)品要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個(gè) 重要課題。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)濾波器的性能要求越來(lái)越高，功能也越來(lái)越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。我國(guó)濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，為縮短這個(gè)差距，電子工程和科技人員負(fù)有重大的歷史責(zé)任。 無(wú)源濾波器由無(wú)源元件（電阻、電容、電感）組成，具有高頻性能好、電路簡(jiǎn)單、功能可靠、無(wú)需直流供電，能夠輸出高壓大電流等優(yōu)點(diǎn)。但無(wú)源濾波器帶負(fù)載能力較差，不但通帶放大倍數(shù)會(huì)因負(fù)載電阻而減小，而且通帶截至頻率也會(huì)因負(fù)載電阻而增大。同時(shí)無(wú)源濾波器的體積和重量也比較大，其電感還會(huì)引起電磁干擾。 有源濾波器由電阻、電容和有源 器件（如集成運(yùn)放）組成，具有電路體積小重量輕、通帶內(nèi)信號(hào)可放大、精度高、性能穩(wěn)定、易于調(diào)試、負(fù)載效應(yīng)小、可多級(jí)相連構(gòu)成高階濾波器等諸多優(yōu)點(diǎn)。但由于集成運(yùn)放所限，有源濾波電路不適于高電壓大電流負(fù)載，而只適用于信號(hào)處理。 根據(jù)題目具體要求，系統(tǒng)只需對(duì)弱電信號(hào)進(jìn)行處理，且對(duì)于信號(hào)處理的精確性要求較為苛刻，因此采用有源濾波器更為適合。 有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些 電阻 、 電容 等無(wú)源元件而構(gòu)成的。 本課題的研究背景、發(fā)展及意義 濾波器技術(shù)在計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)、通信、 數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。如在通信領(lǐng)域中為獲得最高信噪比所設(shè)置的匹配濾波器和為減少基帶傳輸過(guò)程中的碼間串?dāng)_所設(shè)置的均衡器；在數(shù)據(jù)采集中所設(shè)置的限帶抗混迭濾波和 D/A 轉(zhuǎn)化后的平滑濾波；以及在語(yǔ)音識(shí)別的研究，為提取語(yǔ)音頻譜而設(shè)置的帶通濾波器組等。在信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)范圍不寬的場(chǎng)合，設(shè)定固定截止頻率的濾波器技術(shù)已很成熟，但在許多工程應(yīng)用領(lǐng)域，信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)范圍往往很寬，如在 ~ 20kHz 之間變化，因此，有必要采用多種截止頻率 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3 頁(yè) 的濾波器。 隨著集成電路的迅速發(fā)展，近幾年來(lái)，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子設(shè)備日趨 小型化。原來(lái)為處理模擬信號(hào)所不可缺少的 LC 型濾波器，在低頻部分，將逐漸為有源濾波器和陶瓷濾波器所替代。在高頻