【正文】 以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠低通、高通、帶寬、阻帶等多種形式的濾波器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的濾波器與其他濾波器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。 濾波器在日常生活中非常重要，運(yùn)用非常廣泛，在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的濾波器。 1RC 有源濾波器設(shè)計(jì) _ 專 業(yè) __電氣自動(dòng)化技術(shù) _ 班 級(jí) __C10024_____ 姓 名 _ 鄒翔 學(xué) 號(hào) 01 指導(dǎo)教 師 ___王老師 ______ 2 前言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬電子技術(shù)已經(jīng)成為一門應(yīng)用范圍極廣，具有較強(qiáng)實(shí)踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課程。電子電路分析與設(shè)計(jì)的方法也發(fā)生了重大的變革，為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，更好的將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，以適應(yīng)電子技術(shù)飛速的發(fā)展形 勢(shì)，我們必須通過(guò)對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的理解，從而進(jìn)一步提高我們的實(shí)際動(dòng)手能力。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很 方便地構(gòu)成各種濾波器。 濾波器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。我們通過(guò)對(duì)電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最合適本課題的方案。按照設(shè)計(jì)的方案選擇具體的元件，焊接出具體的實(shí)物，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)事物進(jìn)行調(diào)試，觀察效果是否與課題要求的性能指標(biāo)作對(duì)比。 背景 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。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。 20 世紀(jì) 50 年代無(wú)源濾波器日趨成熟。導(dǎo)致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開(kāi)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(lái)并得到應(yīng)用。 90 年代至現(xiàn)在 3 主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制。 我國(guó)廣泛使用濾波器是 50 年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路 濾波。 濾波器的分類 濾波器有各種不同的分類，一般有如下幾種。其中模擬濾波器又可分為有源、無(wú)源、異類三個(gè)分類；離散濾波器又可分為數(shù)字、取樣模擬、混合三個(gè)分類。 實(shí)際上有些濾波器很難歸于哪一類，例如開(kāi)關(guān)電容濾波器既可屬于取樣模擬濾波器，又可屬于混合濾波器，還可屬于有源濾波器。（ 2）按選擇物理量分類 按選擇物理量分類，濾波器可分為頻率選擇、幅度選擇、時(shí)間選擇（例如 PCM制中的話路信號(hào)）和信息選擇（例如匹配濾波器）等四類濾波器。 濾波器種類繁多，有些是眾所周知的，有些可能不為大家所熟悉，下面著重介紹近年來(lái)發(fā)展很快的幾種濾波器。 1965 年單片集成運(yùn)算放大器問(wèn)世后，為有源濾波器開(kāi)辟了廣闊的前景。由于運(yùn)放的增益和相移均為頻率的函數(shù)，這就限制了RC 有源濾波器的頻率范圍，一般工作頻率為 20kHz 左右，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，工作頻率也限制在 100kHz 以內(nèi)。由于 R 的存在，給集成工藝造成困難，于是又出現(xiàn)了有源 C 濾波器：就是濾波器由 C 和運(yùn)放組成。但 它有一個(gè)主要問(wèn)題：由于各支路元件均為電容，所以運(yùn)放沒(méi)有直流反饋通道，使穩(wěn)定性成為難題。但由于采用預(yù)置電路和復(fù)雜的相位時(shí)鐘，使這種濾波器發(fā)展前途不大。但它仍有許多課題有待進(jìn)一步研究：理想運(yùn)放與實(shí)際特性的偏差的研究；由于有源濾波 器混合 4 集成工藝的不斷改進(jìn)，單片集成有待進(jìn)一步研究；應(yīng)用線性變換方法探索最少有源元件的濾波器需要繼續(xù)探索；元件的絕對(duì)值容差的存在，影響濾波器精度和性能等問(wèn)題仍未解決；由于 R 存在，集成占芯片面積大，電阻誤差大（ 20%～ 30%），線性度差等缺點(diǎn)，使大規(guī)模集成仍然有困難。 開(kāi)關(guān)電容濾波器（ SCF） 20 世紀(jì) 80 年代技術(shù)改造一個(gè)重大課題是實(shí)現(xiàn)各種電子系統(tǒng)全面大規(guī)模集成（ LSI）。 50 年代曾有人提出 SCF 的概念，由于當(dāng)時(shí)集成工藝不過(guò)關(guān)，并沒(méi)有引起人們的重視。 1979 年一些發(fā)達(dá)國(guó)家單片 SCF 已成為商品（屬于高度保密技術(shù)）。SCF 采用 MOS 工藝加以實(shí)現(xiàn)，被公認(rèn)為 80 年代網(wǎng)絡(luò)理論與集成工藝的一個(gè)重大突破。 SCF 具有下列一些優(yōu)點(diǎn)： SCF 可以大規(guī)模集成； SCF 精度高，因?yàn)槠湫阅苋Q于電容之比，而 MOS 電容之比的誤差小于千分之一；功能多，幾乎所有電子部件和功能均可以由 SC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；比數(shù)字濾波器簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰?A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換；功能小，可以做到小于 10mW。在信號(hào)處理方面的應(yīng)用有：程控 SCF、模擬信號(hào)處理、振動(dòng)分析、自適應(yīng)性濾波器、音樂(lè)綜合、共振譜、語(yǔ) 言綜合器、音調(diào)選擇、語(yǔ)聲編碼、聲頻分析、均衡器、解調(diào)器、鎖相電路、離散傅氏變換 …… 總之， SCF 在儀表測(cè)量、醫(yī)療儀器、數(shù)據(jù)或信息處理等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。 1983 年清華大學(xué)已制成單片 SCF，成都工程學(xué)院與工廠聯(lián)合，也研制成單片 SCF。 SCF 還有許多課題有待研究： ① 由于運(yùn)放和控制 MOS 開(kāi)關(guān) 的采樣頻率所限制，使得 SCF 只能在音頻范圍內(nèi)應(yīng)用。 ② 非的 MOS 開(kāi)關(guān)的溝道電阻以及非理想的運(yùn)放特性，均可使 SCF 造成誤差。 ④ MOS 開(kāi)關(guān)與 MOS 運(yùn)放的熱噪聲使 SCF 的動(dòng)態(tài)范圍受到限制。此外，在靈敏度分析、噪聲分析等方面均有許多課題有 待研究。 二、設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo) (1) 低通濾波器：通帶增益 AUF=2；截止頻率 fH =2021Hz； Ui=100mV；阻帶衰減：不小于 20dB/10 倍頻； (2) 高通濾波器：通帶增益 AUF=5；截止頻率 fL =100Hz； Ui=100mV； 阻帶衰減：不小于 20dB/10 倍頻； (3) 帶通濾波器：通帶增益 AUF=2；中心頻率： fO =1kHz； Ui=100mV；阻帶衰減：不小于 20dB/10 倍頻。 三 、設(shè)計(jì)報(bào)告要求 列出設(shè)計(jì)步驟，畫出電路，標(biāo)出元件數(shù)值； 比較實(shí)測(cè)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求指標(biāo)； 列出測(cè)試數(shù)據(jù)表格 ； 6 分析有源濾波器的幅頻特性 進(jìn)行仿真。 7 目錄 第 1章 RC有源濾波器設(shè)計(jì) ....................................9 總方案設(shè)計(jì) .........................................9 方案框圖 ......................................9 子框圖的作用 ..................................9 方案選擇 ......................................9 單元 電路 計(jì) ........................................11 原理圖設(shè)計(jì) ...................................11 濾波器的傳輸函數(shù)與性能參 數(shù) ...................11 已知條件與設(shè)計(jì)步驟 ...........................12 元件參 數(shù)的計(jì)算 ....................................15 二階低通濾波器 ...............................16 二階帶通濾波器 ...............................16 二階高通濾波器 ...............................17 元器件選擇 ........................................17 工作原理 ..........................................17 第 2章 EWB仿真分析 ........................................19 EWB 電路圖 ........................................19 EWB 仿真分析 ......