【文章內(nèi)容簡介】 。盡管理想運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)負反饋，故其輸入電阻不大。2) 同相比例運算電路具有高輸入電阻、低輸出電阻的特點。濾波器的設(shè)計任務(wù)是根據(jù)給定的技術(shù)指標選定電路形式和確定電路的元器件。濾波器的技術(shù)指標有通帶和阻帶之分，通帶指標有通帶的截止頻率（沒有特殊的說明時一般為3dB截止頻率），通帶傳輸增益。阻帶指標為帶外傳輸增益的衰減速度。考慮到濾波器的有關(guān)參數(shù)。，可設(shè)計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)計時，系統(tǒng)的傳輸函數(shù)較復(fù)雜，故采用同相輸入設(shè)計。由于簡單高通濾波器沒有存在負反饋網(wǎng)絡(luò)，使電路性能下降，因此本文只設(shè)計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，是因為電路中端由接地改為與集成運放輸出端相連，同相輸入端電位由集成運放和、組成的電壓源控制。為此電路既引入了負反饋，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，其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。同相輸入端電位控制由集成運放和RR2組成的電壓源，故稱為壓控電壓濾波電路。同時該電路具有增益穩(wěn)定、頻率范圍寬等優(yōu)點。根據(jù)理想運放虛短和虛斷分析方法，根據(jù)KCL定律對系統(tǒng)進行復(fù)頻域分析：M點電流關(guān)系： 即 P點電流關(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是，只允許高于截止頻率的信號通過，通過兩個二階高通濾波器電路的串聯(lián)可得一個四階高通濾波器電路。：根據(jù)二階高通濾波器的有關(guān)計算，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)計較第二種方案更為容易設(shè)計，后者電路計算復(fù)雜。本文采用對四階高通濾波電路進行仿真分析，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對二階濾波電路編程分析Q值不同時對濾波器特性的影響。4. 電路仿真與測試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　 級數(shù)選擇濾波器的級數(shù)主要根據(jù)對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。多級濾波器串接時傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級階數(shù)之和。當要求的帶外衰減特性為mdB每倍頻程（或mdB每十倍頻程）時，則取級數(shù)n應(yīng)滿足n大于等于m/6(或n大于等于m/20)。3　 運放的要求在無特殊要求的情況下，可選用通用型運算放大器。為了滿足足夠深的反饋以保證所需濾波特性，運放的開環(huán)增益應(yīng)在80dB以上。對運放頻率特性的要求，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較小，例如在10mV以下，則選低漂移運放。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放。本設(shè)計選擇運放3554AM，帶寬較寬。4　 元器件的選擇一般設(shè)計濾波器時都要給定截止頻率、帶內(nèi)增益，以及品質(zhì)因數(shù)Q（）。在設(shè)計時經(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，因此有許多個元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計者自行選定某些元件值。一般從選定電容器入手，因為電容標稱值的分檔較少，電容難配，而電阻易配。根據(jù)以上原則，為設(shè)計方便，令，為了Multisim電路仿真測試，令截止頻率，,通帶增益為,令，選取,代入式()計算得R=。由式（）可求得，選取。，計算實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s=jw時，由式（），此時，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，時，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，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。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。它提供了仿真實驗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)?；旌想娐泛筒糠謴婋婋娐返姆抡妗⒎治龊驮O(shè)計。Multisim是一種優(yōu)秀而易學(xué)的EDA（電子設(shè)計自動化）軟件，與其他仿真分析軟件相比，EWB的最顯著特點就是提供了一個操作簡便且與實際相似的虛擬實驗平臺。他幾乎能對“電子技術(shù)”課程中所有基本電路進行虛擬實驗，虛擬實驗過程和儀器操作方法與實際相似，但比實際方便、省時。它還能進行實際無法或不便進行的試驗內(nèi)容，通過儲存和打印等方法可精確記錄實驗結(jié)果。它提供十多種電路分析功能，能仿真電路實際工作狀態(tài)和性能。應(yīng)用Multisim，便于實現(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。當時，由傳輸函數(shù)式（）可得濾波器的幅頻特性： 式（）濾波器的對數(shù)幅頻特性： 式（）化簡即得：相位特性： 式（）其中代表截止角頻率。：采用交流電源信號作為輸入，用示波器觀察輸入信號和輸出信號幅度，掃頻儀觀察其幅頻特性和相頻特性曲線。1　 波特圖分析1)當電源頻率時，示波器顯示輸出如下:由圖可知，在輸入信號頻率時，信號無損通過濾波器，通頻帶放大倍數(shù)為4，滿足設(shè)計。2)當時，示波器顯示輸出如下：由圖可知，當信號頻率低于截止頻率時，輸出信號被抑制，起到濾波作用。綜合以上兩圖，當輸入信號的頻率較大時，輸出信號的幅值約等于輸入信號幅值的4倍，此時對應(yīng)的通頻帶放大倍數(shù)。當輸入信號的頻率小時，濾波電路起到抑制濾波作用，實現(xiàn)了濾波器功能。3）幅頻特性：由圖可知， 626。由式（）計算得：當時，=4。在誤差允許條件下，驗證了設(shè)計準確性。：由圖可知，，由式（）計算得： =在誤差允許條件下，驗證了設(shè)計準確性。4）相頻特性由圖可知，176。的相移。而由式（）可求得此時相位為：在誤差允許的情況下符合理論分析，驗證了設(shè)計準確性。2　 交流分析選擇Simulate／Analyses／AC Analysis命令，進行仿真如下：說明：縱坐標單位：幅頻特性是dB，相頻特性是度。橫坐標單位：幅頻特性與相頻特性均是HZ。1) 由幅頻特性圖可以看到，當光標移動到濾波器的截止頻率處，對應(yīng)的橫坐標是， 8dB。當對數(shù)坐標