【正文】 ................................ 6 簡單一階低通有源濾波器 .............................................................................. 6 簡單二階低通有源濾波器 .............................................................................. 7 3 方案設(shè)計與仿真 .................................................................................................................. 9 設(shè)計思路 ....................................................................................................................... 9 低通濾波器理解分析與計算 ....................................................................................... 9 電路仿真及結(jié)果 ......................................................................................................... 12 仿真軟件簡介 ................................................................................................ 12 仿真電路及結(jié)果 ............................................................................................ 13 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 26 致 謝 ...................................................................................................................................... 27 參考文獻 .................................................................................................................................. 28 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 1 頁 1 引言 濾波器是一種能使有用信號通過，濾除信號中的無用頻率，即抑制無用信號的電子裝置。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。 低通濾波器是一個通過低頻信號而衰減或抑制高頻信號的部件。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。但實際濾波器不能達到理想要求。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)。一般來說，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聯(lián)而成。對于 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年美國和德國科學家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 20世紀 50年代無源濾波器日趨成熟。自 60年代起由于計算機技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可 靠和價廉方向努力，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。導致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(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)品的開發(fā)和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。我國廣泛使用濾波器是 50年代后期的事，當時主要用于話路濾波和報路濾波。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn) 和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 我國現(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，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，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)用比例來看，我國電子產(chǎn)品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個 重要課題。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負有重大的歷史責任。 無源濾波器由無源元件（電阻、電容、電感）組成，具有高頻性能好、電路簡單、功能可靠、無需直流供電，能夠輸出高壓大電流等優(yōu)點。但無源濾波器帶負載能力較差，不但通帶放大倍數(shù)會因負載電阻而減小，而且通帶截至頻率也會因負載電阻而增大。同時無源濾波器的體積和重量也比較大，其電感還會引起電磁干擾。 有源濾波器由電阻、電容和有源 器件（如集成運放）組成，具有電路體積小重量輕、通帶內(nèi)信號可放大、精度高、性能穩(wěn)定、易于調(diào)試、負載效應(yīng)小、可多級相連構(gòu)成高階濾波器等諸多優(yōu)點。但由于集成運放所限，有源濾波電路不適于高電壓大電流負載，而只適用于信號處理。 根據(jù)題目具體要求，系統(tǒng)只需對弱電信號進行處理，且對于信號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。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運算放大器的基礎(chǔ)上增加一些 電阻 、 電容 等無源元件而構(gòu)成的。 本課題的研究背景、發(fā)展及意義 濾波器技術(shù)在計算機測控技術(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程中的碼間串擾所設(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；以及在語音識別的研究，為提取語音頻譜而設(shè)置的帶通濾波器組等。在信號頻率動態(tài)范圍不寬的場合，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，信號頻率動態(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 黃河科技學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 頁 的濾波器。 隨著集成電路的迅速發(fā)展，近幾年來，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子設(shè)備日趨 小型化。原來為處理模擬信號所不可缺少的 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