【正文】 k O h m _ 1 %R21 2 4 k O h m _ 1 %C12 0 n FC21 0 0 n FC31 0 0 n FU 1 AL M 3 2 4 A J321141V E E 1 2 VV C C1 2 VXBP1IN O U TXSC1A BGTV11 V 1 k H z 0 D e g 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電路的模塊介紹 9 圖 二 階無限增益多路反饋高通濾波器電路 電路 參數(shù)的計算 在設(shè)計的過程中我運用的是濾波器的快速算法，在這里我選取截止頻率為fc=100Hz,增益 AV=5，下表 是高通濾波器的快速算法在該條件下所得到的 ,數(shù)據(jù)。 ⑤濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)） 濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式 ，它是利用濾波器幅頻特性的 60dB帶寬與 3dB帶寬的比值來衡量濾波器選擇性，記作 ，即 dBdBBB360???? (223) 理想濾波器矩形系數(shù)為 1，常用濾波器矩形系數(shù)為 1～ 5，顯然， 越接近于 1，濾波器的選擇性越好。例如一個中心頻率為 500Hz 的濾波器，若其中 3dB 帶寬為 10Hz，則稱其 Q值為 50。 ②截止頻率 fc 幅頻特性值等于 所對應(yīng)的頻率稱為濾波器的截止頻率。 運放使濾波器與負(fù)載隔離，增強了帶負(fù)載的能力。典型的帶通濾波器可以 由 RC低通濾波器和 RC高通濾波器串聯(lián)而成，從而實現(xiàn)了“帶通濾波 ”的要求 。 圖 模擬濾波器原理 在頻域分析時，線性濾波器的 轉(zhuǎn)移函數(shù) ??SHa 等于系統(tǒng)的單位沖激函數(shù)的響應(yīng))(tha 的拉普拉斯變換： ? ? ? ? dtethsH sta ?????? （ 142） 很明顯，當(dāng) s=jω ，上式就是傅立葉變換的表達(dá)式，它反映了濾波器的傳輸特性對各種頻率的響應(yīng)，也就是濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù) ? ??jHa ，它決定著濾波特性。 貝塞爾濾波器 ：只滿足相頻特性而不關(guān)心幅頻特性。 濾波器的 兩類響應(yīng)有巴特 沃斯響應(yīng) 和 切 比 雪夫響應(yīng) 。這類濾波器的優(yōu)點是電路比較簡單，不需要直流電源供電，可靠性高； 缺點 是通帶內(nèi)的信號有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感 L 較大時濾波器的 體積和重量都比較大，在低頻域不適用。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、高河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 2 精度、穩(wěn)定可靠成為 70年代以后的主攻方向，導(dǎo)致了 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。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為 電壓 或電流的時間函數(shù)，稱之為各種 物理量的時間波形，或者稱之為信號。 本文闡述了 有源帶通濾波器的基本原理，對濾波器的傳輸函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)并給出了兩種設(shè)計方法： 一種是無限增益多路負(fù)反饋（ MFB）有源二階帶通濾波器電路，另一種是壓控電壓源（ VCVS）有源二階帶通濾波器電 路 ，并對兩種電路的頻率特性進(jìn)行了分析，通過 Multisim 作電路仿真設(shè)計。電子電路分析與設(shè)計的方法也發(fā)生了重大的變革。 濾波器是由 電感器 和 電容器 構(gòu)成的網(wǎng) 絡(luò) ，可使混合的交直流 電流 分開。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。經(jīng)過半個世紀(jì)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。 高通濾波器：它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量。與巴特沃斯逼近特性相比較，這種特性雖然在通帶內(nèi)有起伏，但對同樣的 n值在進(jìn)入阻帶以后衰減更陡峭，更接近理想情況。在時域內(nèi)，它的動態(tài)特性可以用系統(tǒng)的單位沖激函數(shù)的響應(yīng) )(tha 來描述，也就是該濾波系統(tǒng)在任何時刻對輸入單位沖激信號 ??txa =δ（ t）的輸出響應(yīng)?? ??thty aa ? 。 帶通濾波的原理 帶通濾波器是由高通 RC環(huán)節(jié)和低通 RC環(huán)節(jié)組成。傳遞函數(shù)： ? ? ??jjwiV eAuuA ??? 0 （ 144） 它有幅頻特性 ? ??jA ,相頻特性 ???? 。當(dāng)然，希望過渡帶越窄越好，也就是希望對通帶外的頻率成分衰減得越快越好、越多越好。在電工學(xué)中，通常用 Q 代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。顯然，衰減越快（即 W值越大），濾波器的選擇性越好。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越接近理想高通特性。 表 3. 2 二階低通濾波電路的快速設(shè)計表 壓控電壓源電路 性 能 參 數(shù) 1212 1CCRRc ?? ?Q ? ?時電路穩(wěn)定2134 ??? VV ARRA 元件的選取 FCC ? ?? ?? KR ?? KR ?? KR ?? KR 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電路的模塊介紹 12 電路的 仿真結(jié)果 圖 圖 結(jié)果分析：根據(jù)圖 和圖 可以求得濾波器的性能參數(shù)為 AV=≈ 2，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電路的模塊介紹 13 fc=2KHz,說明這種快速算法在誤差允許的情況下是正確的。每一組運算放大器可用 下圖 所示的符號來表示，它有 5 個引河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電路的模塊介紹 14 出腳，其中 “+”、 “”為兩個信號輸入端， “V+”、 “V”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。 方案一：二階壓控電壓源帶通濾波電路 方案一的電路設(shè)計 方案一的電路 圖如下圖所示： R1R2R3R4R5U 1 AL M 3 2 4 A J321141C1C2V E E 1 5 VV C C1 5 VX S C 1A BGTX B P 1IN O U TV11 V 5 0 H z 0 D e g 圖 壓控電壓源帶通濾波電路圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案的設(shè)計 16 方案一的電路計算 比例系數(shù) 451 RRAuf ??? (411) 當(dāng) C1=C2=C 時， R1=R4， R2=2R4時，電路的傳遞函數(shù) ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 244431 CsRCsRsA CsRsAsAufufu ????? (412) 令中心頻率 RCf ?2 10 ? ，則電壓放大倍數(shù) ???????? ??????ffffAjAAAufufufu0031113 ???? （ 413） 當(dāng) f=f0時， 得通帶放大倍數(shù) ufufufup AQAAA ???? ??? 3 （ 414） 令式（ 413）分母的模為√ 2，即式（ 413）分母虛部的絕對值為 1，即 ???????? ???ppufup ffffAA 0031 ?? （ 415） 解方程，取正值，就可得到下限截止頻率 fp1，和上限截止頻率 fp2分別為 ? ? ? ?? ?ufufp AAff ?? ????? 3432201 （ 416） ? ? ? ?? ?ufufp AAff ?? ????? 3432 202 （ 417） 因此，通頻帶 QffAfff ufppbw 0012 3 ????? ? （ 418） 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案的設(shè)計 17 方案二 :無限增益多路反饋帶通濾波電路 方案二的電路設(shè)計 方案二的電路圖如下圖所示： C1C2U 1 AL M 3 2 4 A J321141V E E 1 5 VV C C1 5 VR3XBP1IN O U TXSC1A BGTV11 V 1 k H z 0 D e g R1R2 圖 無限增益多反饋帶通濾波電路圖 方案二電路計算 圖 給出了多重反饋型 BPF 的電路圖，其常數(shù)是增益 200200 WQWSSQWAA VV???? (421) 若給定 0W ， 0VA （﹥ 0）， Q，由于 002Wf?? ，則有 1201 2 1 2 312 RRf C C R R R? ?? (422) 若 1C = 2C =C 則有 3102 VRR A? (423) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 方案的設(shè)計 18 32 202( 2 )VRR QA? ? (424) 3 0QR fC?? (425) 若 2R?? （開路），則有 0 13112f C R R?? (426) 22VOAQ? (427) 方案 三 : 四階壓控電壓源帶通濾波 電路 為了比較電路的階