【正文】 GTV11 V 1 k H z 0 D e g R1R2 圖 無(wú)限增益多反饋帶通濾波電路圖 方案二電路計(jì)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(jì)（論文） 方案的設(shè)計(jì) 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 為了比較電路的階數(shù)的不同時(shí)帶通濾波器有什么不同，我又設(shè)計(jì)了方案三，在這個(gè)方案中我設(shè)計(jì)的是壓控電壓源帶通濾波器，這個(gè)濾波器的 Q=10，是由兩個(gè)Q=10 的壓控電壓源帶通濾波器組成。其優(yōu)點(diǎn)是電路有倒相作用，使用的器件較少，但增益調(diào)節(jié)對(duì)其想能參數(shù)會(huì)有影響，故應(yīng)用范圍比 VCVS 電路要小。圖 所示的電路為壓控電壓源電路，其中運(yùn)放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，故稱為電壓 控制電壓源電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定、增益容易調(diào)節(jié)。 LM324 的引腳排列見圖 。每一組運(yùn)算放大器可用 下圖 所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5 個(gè)引河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電路的模塊介紹 14 出腳，其中 “+”、 “”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+”、 “V”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。 運(yùn)算放大器 LM324 LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。只要參數(shù)選的合適，可使整個(gè)電路在 f0附近既帶有正反饋而 又不造成自激振蕩。并且電容 C3原來(lái)是接地的，改為接到輸出端，形成集成運(yùn)算放大器的正反饋。 表 3. 2 二階低通濾波電路的快速設(shè)計(jì)表 壓控電壓源電路 性 能 參 數(shù) 1212 1CCRRc ?? ?Q ? ?時(shí)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(jì)（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(jì)（論文） 電路的模塊介紹 13 fc=2KHz,說(shuō)明這種快速算法在誤差允許的情況下是正確的。在此主要介紹壓控電壓源（ VCVS）有源二階低通濾波器電路。 表 3. 1 二階高通濾波器的快速設(shè)計(jì)表 無(wú)限增益多路反饋電路 電 路 的 參 數(shù) 2211CRRC ?? ?Q 1CCAV ?? 元件的選取 FC ? ? FCC ? ?? ?? KR ?? KR 電路的仿真結(jié)果 圖 高通濾波器的幅頻響應(yīng) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電路的模塊介紹 10 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=≈ 5，fc=98Hz≈ 100Hz,說(shuō)明這種快速算法在誤差允許的情況下是正確的。在這里主要介紹壓控電壓源型高通濾波器。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性越接近理想高通特性。在這里我根據(jù)濾波器的快速設(shè)計(jì)表隨機(jī)選擇了一組參數(shù)設(shè)計(jì)了高通濾波器和低通濾波器。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電路的模塊介紹 9 3 電路的模塊介紹 有源模擬帶通濾波器是由三部分組成：高通濾波器、低通濾波器、運(yùn)算 放大器。即［ dB／ 10oct］ 。顯然，衰減越快（即 W值越大），濾波器的選擇性越好。通常用倍頻程選擇性來(lái)表征。 Q 值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。對(duì)于帶通濾波器，通常把中心頻率 f0 和河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)介紹 7 帶寬 B 之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q。在電工學(xué)中，通常用 Q 代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。 ③帶寬 B和品質(zhì)因數(shù) Q值 上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，或 3dB 帶寬，單位為 Hz。以 A0為參考值， 對(duì)應(yīng)于 3dB 點(diǎn)，即相對(duì)于 A0 衰減 3dB。 ①紋波幅度 d 在一定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動(dòng)幅度 d與幅頻 特性的平均值 A0 相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于 3dB。當(dāng)然，希望過(guò)渡帶越窄越好，也就是希望對(duì)通帶外的頻率成分衰減得越快越好、越多越好。在通帶和阻帶之間存在一個(gè)過(guò)渡帶。 低通濾波器 V0 Vi 高通濾波器 阻帶 通帶 阻帶 A w 0 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)介紹 7 2 技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)介紹 技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)有源模擬帶通濾波器要求其技術(shù)指標(biāo)要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)： ① 中心截止頻率為： fo = 1 kHz ； ②電壓增益： Av=2； ③ 品質(zhì)因數(shù) Q 分別值取 10 和 5； ④阻帶衰減速率為： 40dB/10 倍頻 。其中有 n 個(gè) RC 濾波環(huán)節(jié)就為 n 階濾波，越多越好。傳遞函數(shù)： ? ? ??jjwiV eAuuA ??? 0 （ 144） 它有幅頻特性 ? ??jA ,相頻特性 ???? 。其原理圖如下圖所示： ??tya 模擬濾波器)(tha ,H(s) ??sya ??sxa ??txa 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 5 圖 帶通濾波器的原理框圖 圖 理想帶通濾波器的幅頻特性 在有源濾波器中，除集成運(yùn)算放大器外，常包含復(fù)雜的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它是ＲＣ元件的組合，在分析時(shí)利用“拉普拉斯”變換將電流電壓變成“像函數(shù)”同時(shí)引入運(yùn)算阻抗代替無(wú)源元件ＲＣ，求解有源濾波器的傳遞函數(shù)。二階壓控型有源帶通濾波器原理框圖如圖 。注意： 要將高通的下限截止頻率設(shè)置為小于低通的上限截止頻率。 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。因此，根據(jù)不同的濾波要求來(lái)選定 ? ??jHa ，就可以得到不同類型的模擬濾波器。當(dāng)濾波器輸入信號(hào) ??txa 與輸出信號(hào) ??tya 的拉普拉斯變換，得 ? ? ? ? ? ?sXsHsY aaa ?? （ 143） 這表明兩信號(hào)卷積的變換等于各自變換的乘積。對(duì)于任意輸入信河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 4 號(hào) ??txa ，系統(tǒng)的輸出 ??tya 可以卷積表示： ? ? ? ? ? ? ??? dtxhty aaa ??? ???? = ? ? ? ????? ?? ??? dthx aa (141) 上式表明在對(duì)線性濾波器系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，采用了疊加原理，先將任意輸入信號(hào)波形分成不同時(shí)間的窄脈沖之和，再分別求出各個(gè)脈沖通過(guò)濾波器之后的響應(yīng)，并進(jìn)行線性疊加從而得到總的輸出信號(hào)。在時(shí)域內(nèi)，它的動(dòng)態(tài)特性可以用系統(tǒng)的單位沖激函數(shù)的響應(yīng) )(tha 來(lái)描述，也就是該濾波系統(tǒng)在任何時(shí)刻對(duì)輸入單位沖激信號(hào) ??txa =δ（ t）的輸出響應(yīng)?? ??thty aa ? 。但是由于它的幅頻特性欠佳，而往往限制了它的應(yīng)用。貝塞爾濾波器又稱最平時(shí)延或恒時(shí)延濾波器。切貝雪夫?yàn)V波器與巴特沃斯濾波器進(jìn)行比較，切貝雪夫?yàn)V波器的通帶有波紋，過(guò)渡帶輕陡直，因此，在不允許通帶內(nèi)有紋波的情況下，巴特沃斯型更可?。粡南囝l響應(yīng)來(lái)看，巴特沃斯型要優(yōu)于切貝雪夫型，通過(guò)上面二圖比較可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近于直線。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(duì)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。 巴特沃斯濾波器 特別適用于 低頻 應(yīng)用，其對(duì)于維護(hù)增益的平坦性來(lái)說(shuō)非常重要 。 ③按 最佳逼近特性標(biāo)準(zhǔn)可以分為分：巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器和貝河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 塞爾濾波器 巴特沃斯濾波器 ： 巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。 帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。 高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。 ②按照濾波器的頻率特性不同，濾波器通?？梢苑譃樗念悾旱屯V波器、高通濾波器、帶阻濾波器、帶通濾波器。 有源濾波器 ：由無(wú)源元件 (一般用 R 和 C)和 有源器件 (如集成運(yùn)算放大器）組成。 無(wú)源濾波器 ： 僅由 無(wú)源元件 (R、 L 和 C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的 電抗 隨頻率的變化而變化的 原理 構(gòu)成的。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。當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。 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。 20世紀(jì) 50年代無(wú)源濾波器日趨成熟。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對(duì)濾波器的研究和生產(chǎn)歷來(lái)為各國(guó)所重視。 濾波器的發(fā)展歷程 凡是有能力進(jìn)行信號(hào)處理的裝置都可以稱為濾波器。信號(hào)在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，有時(shí)，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號(hào)及其所攜帶的信息被深深地埋在 噪聲