【文章內(nèi)容簡介】 。盡管理想運(yùn)放電路的輸入電阻為無窮大，但是由于電路引入的是并聯(lián)負(fù)反饋，故其輸入電阻不大。2) 同相比例運(yùn)算電路具有高輸入電阻、低輸出電阻的特點(diǎn)。濾波器的設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選定電路形式和確定電路的元器件。濾波器的技術(shù)指標(biāo)有通帶和阻帶之分，通帶指標(biāo)有通帶的截止頻率（沒有特殊的說明時(shí)一般為3dB截止頻率），通帶傳輸增益。阻帶指標(biāo)為帶外傳輸增益的衰減速度?？紤]到濾波器的有關(guān)參數(shù)。，可設(shè)計(jì)出簡單高通濾波電路、壓控電壓源高通濾波電路和高階濾波電路。采用反相輸入設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)的傳輸函數(shù)較復(fù)雜，故采用同相輸入設(shè)計(jì)。由于簡單高通濾波器沒有存在負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，使電路性能下降，因此本文只設(shè)計(jì)分析壓控二階電壓源型濾波器和四階高通濾波器。采用壓控電壓源二階高通濾波電路，:該電路之所以稱為壓控型，是因?yàn)殡娐分卸擞山拥馗臑榕c集成運(yùn)放輸出端相連，同相輸入端電位由集成運(yùn)放和、組成的電壓源控制。為此電路既引入了負(fù)反饋，又引入了正反饋，可增大在截止頻率處的放大倍數(shù)。由圖可見，它是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。同相輸入端電位控制由集成運(yùn)放和RR2組成的電壓源，故稱為壓控電壓濾波電路。同時(shí)該電路具有增益穩(wěn)定、頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)理想運(yùn)放虛短和虛斷分析方法，根據(jù)KCL定律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)頻域分析：M點(diǎn)電流關(guān)系： 即 P點(diǎn)電流關(guān)系： 由以上可求得其傳輸函數(shù)為： 式（） 令： 通帶增益： 式（）截止角頻率： 式（）截止頻率： 式（）品質(zhì)因數(shù)： 式（）由以上各式聯(lián)合化簡式（）可得： 式（）則傳輸函數(shù)： 式（）四階高通濾波器的特點(diǎn)是，只允許高于截止頻率的信號(hào)通過，通過兩個(gè)二階高通濾波器電路的串聯(lián)可得一個(gè)四階高通濾波器電路。：根據(jù)二階高通濾波器的有關(guān)計(jì)算，可得四階高通濾波器的參數(shù)如下：通帶增益： 其中： 式（）傳遞函數(shù)：截止頻率： 式（）由式（）可化簡得： 式（）兩種濾波器相比較，其特點(diǎn)如下：1　 兩種類型的濾波器均引入反饋，使截止頻率附近處的電壓放大倍數(shù)增大，使通頻帶截止頻率趨于，濾波特性趨于理想狀態(tài)。2　 第一種方案參數(shù)設(shè)計(jì)較第二種方案更為容易設(shè)計(jì)，后者電路計(jì)算復(fù)雜。本文采用對(duì)四階高通濾波電路進(jìn)行仿真分析，分析其濾波器特性。另外，為了充分了解濾波器的其他參數(shù)影響，并考慮到電路復(fù)雜性，本文最后選用matlab對(duì)二階濾波電路編程分析Q值不同時(shí)對(duì)濾波器特性的影響。4. 電路仿真與測(cè)試1　 關(guān)于濾波器類型的選擇一階濾波器電路最簡單，但帶外傳輸系數(shù)衰減慢，一般在對(duì)帶外衰減性要求不高的場合下選用。而高階濾波器引入反饋，使截止頻率附近處的電壓放大倍數(shù)增大，使通頻帶截止頻率趨于，濾波特性趨于理想狀態(tài)。2　 級(jí)數(shù)選擇濾波器的級(jí)數(shù)主要根據(jù)對(duì)帶外衰減特殊性的要求來確定。每一階高通電路可獲得6dB每倍頻程（20dB每十倍頻程）的衰減，每二階高通電路可獲得12dB每倍頻程（40dB每十倍頻程）的衰減。多級(jí)濾波器串接時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為mdB每倍頻程（或mdB每十倍頻程）時(shí)，則取級(jí)數(shù)n應(yīng)滿足n大于等于m/6(或n大于等于m/20)。3　 運(yùn)放的要求在無特殊要求的情況下，可選用通用型運(yùn)算放大器。為了滿足足夠深的反饋以保證所需濾波特性，運(yùn)放的開環(huán)增益應(yīng)在80dB以上。對(duì)運(yùn)放頻率特性的要求，由其工作頻率的上限確定，設(shè)工作頻率的上限為,則運(yùn)放的單位增益寬帶應(yīng)滿足下式：BWG大于等于（35），式中為濾波通帶的傳輸系數(shù)。如果濾波器的輸入信號(hào)較小，例如在10mV以下，則選低漂移運(yùn)放。如果濾波器工作于超低頻，以至使RC網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過100k，則應(yīng)選低漂移高輸入阻抗的運(yùn)放。本設(shè)計(jì)選擇運(yùn)放3554AM，帶寬較寬。4　 元器件的選擇一般設(shè)計(jì)濾波器時(shí)都要給定截止頻率、帶內(nèi)增益，以及品質(zhì)因數(shù)Q（）。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)數(shù)目，因此有許多個(gè)元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因?yàn)殡娙輼?biāo)稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配。根據(jù)以上原則，為設(shè)計(jì)方便，令，為了Multisim電路仿真測(cè)試，令截止頻率，,通帶增益為,令，選取,代入式()計(jì)算得R=。由式（）可求得，選取。，計(jì)算實(shí)際得到的濾波器特性如下：通帶放大倍數(shù)： 通帶截止頻率： 當(dāng)s=jw時(shí)，由式（），此時(shí)，傳輸函數(shù)變?yōu)椋? 式（）即其中指的是二階濾波器的截止頻率。當(dāng)，時(shí)，代入上式可得3dB截止頻率為： 即 式（）Multisim美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。它提供了仿真實(shí)驗(yàn)和電路分析兩種仿真手段，可用于模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐泛筒糠謴?qiáng)電電路的仿真、分析和設(shè)計(jì)。Multisim是一種優(yōu)秀而易學(xué)的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，與其他仿真分析軟件相比，EWB的最顯著特點(diǎn)就是提供了一個(gè)操作簡便且與實(shí)際相似的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。他幾乎能對(duì)“電子技術(shù)”課程中所有基本電路進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)過程和儀器操作方法與實(shí)際相似，但比實(shí)際方便、省時(shí)。它還能進(jìn)行實(shí)際無法或不便進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容，通過儲(chǔ)存和打印等方法可精確記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它提供十多種電路分析功能，能仿真電路實(shí)際工作狀態(tài)和性能。應(yīng)用Multisim，便于實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊練的教學(xué)模式，使“電子技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)變得更有趣而容易。當(dāng)時(shí)，由傳輸函數(shù)式（）可得濾波器的幅頻特性： 式（）濾波器的對(duì)數(shù)幅頻特性： 式（）化簡即得：相位特性： 式（）其中代表截止角頻率。：采用交流電源信號(hào)作為輸入，用示波器觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)幅度，掃頻儀觀察其幅頻特性和相頻特性曲線。1　 波特圖分析1)當(dāng)電源頻率時(shí)，示波器顯示輸出如下:由圖可知，在輸入信號(hào)頻率時(shí)，信號(hào)無損通過濾波器，通頻帶放大倍數(shù)為4，滿足設(shè)計(jì)。2)當(dāng)時(shí)，示波器顯示輸出如下：由圖可知，當(dāng)信號(hào)頻率低于截止頻率時(shí)，輸出信號(hào)被抑制，起到濾波作用。綜合以上兩圖，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率較大時(shí)，輸出信號(hào)的幅值約等于輸入信號(hào)幅值的4倍，此時(shí)對(duì)應(yīng)的通頻帶放大倍數(shù)。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率小時(shí)，濾波電路起到抑制濾波作用，實(shí)現(xiàn)了濾波器功能。3）幅頻特性：由圖可知， 626。由式（）計(jì)算得：當(dāng)時(shí)，=4。在誤差允許條件下，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。：由圖可知，，由式（）計(jì)算得： =在誤差允許條件下，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。4）相頻特性由圖可知，176。的相移。而由式（）可求得此時(shí)相位為：在誤差允許的情況下符合理論分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。2　 交流分析選擇Simulate／Analyses／AC Analysis命令，進(jìn)行仿真如下：說明：縱坐標(biāo)單位：幅頻特性是dB，相頻特性是度。橫坐標(biāo)單位：幅頻特性與相頻特性均是HZ。1) 由幅頻特性圖可以看到，當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到濾波器的截止頻率處，對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)是， 8dB。當(dāng)對(duì)數(shù)坐標(biāo)