有源带通滤波器设计报告学生姓名崔新科同组者王霞吴红娟指导老师王全州摘要该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。

再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。

通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。

其主要设计内容：1．确定有源滤波器的上、下限频率；2．设计符合条件的有源带通滤波器；-3．测量设计的有源滤波器的幅频特性；4．制作与调试；5. 总结遇到的问题和解决的方法。

关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements:1. Determine the active filter, the lower limit frequency;2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; -3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters;4. Production and commissioning;5 summarizes the problems and solutions.Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency滤波器简介滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。

在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。

它是由集成运放和R、C 组成的有缘滤波电路的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。

因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。

因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。

在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。

滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

滤波器基础知识1.滤波器的分类滤波器有各种不同的分类，一般有如下几种：（1）按处理信号类型分类，可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。

其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。

实际上有些滤波器很难归于哪一类，例如开关电容滤波器既可属于取样模拟滤波器，又可属于混合滤波器，还可属于有源滤波器。

因此，我们不必苛求这种“精确”分类，只是让人们了解滤波器的大体类型，有个总体概念就行了。

（2）按选择物理量分类---按选择物理量分类，滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择（例如PCM制中的话路信号）和信息选择（例如匹配滤波器）等四类滤波器。

（3）按频率通带范围分类---按频率通带范围分类，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。

2.有源滤波器和无源滤波器有源滤波自身就是谐波源。

其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。

有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。

其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。

缺点为价格高，容量小。

由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600千瓦。

其运行可靠性也不及无源。

一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。

这样谐波电流就不会流入系统。

无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。

缺点为谐波滤除率一般只有80％，对基波的无功补偿也是一定的。

目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。

可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。

根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)四种滤波器，它们的幅频特性如图2-1所示。

由于具有理想幅频特性的滤波器很难实现，只能用实际的幅频特性逼近。

一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。

滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。

任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。

这里主要说明有源滤波器，无缘的就简单说下，不再详述。

（a）低通（b）高通(c) 带通（d）带阻图1 四种滤波电路的幅频特性示意图各种滤波器的作用和结.低通滤波器(LPF)1. 低通滤波器特性低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。

如图2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。

它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。

图2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

(a)电路图 (b)频率特性图2 二阶低通滤波器2．电路性能参数二阶低通滤波器的通带增益up A : 11f uP R A R =+ (2-1) 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率0f :012f RCπ= (2-2) 品质因数Q ,的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状:13uP Q A =- (2-3) 当 23u p A <<时，Q >1，在 处的电压增益将大于u p A ，幅频特性在 处将抬高如图2-2所示。

当u p A ≥3时，Q =∞，有源滤波器自激。

由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF 加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。

2 高通滤波器（HPF ）与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。

只要将图2－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图2－3(a)所示。

高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。

(a) 电路图 (b) 幅频特性图3 二阶高通滤波器当时，幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec；当A≥3时，u p电路自激。

电路性能参数A、0f各量的函义同二阶低通滤波器。

u p图3（b）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。

带通滤波器（BPF）1.带通滤波器特性带通滤波器只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，注意：要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。

反之则为带阻滤波器。

典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。

如图2－4所示。

(a) 带通滤波器原理框图（b）电路图 (c)幅频特性图2-4 二阶带通滤波器2.电路性能参数通带增益A：up441fup R R A R RC B += (2-4) 中心频率0f ：0f (2-5) 通带宽度B ：1234112()f R B CR R R R =+- (2-6) 品质因素Q ： 0f Q B =(2-7) 此电路的优点是改变R 和4R 的比例就可改变频宽而不影响中心频率。

4 带阻滤波器（BEF ）1.带阻滤波器带阻滤波器的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过，如图2－5（a ）所示。

在双T 网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF(a)电路图 (b)频率特性(c)原理框图图5 二阶带阻滤波器2.电路性能参数通带增益up A ：11f up R A R =+ (2-8) 中心频率0f : 012f RC π=(2-9) 带阻宽度B :02(2)u p B A f =- (2-10)品质因数Q ：12(2)up Q A =- (2-11)有源带通滤波器的设计要求指标1.带宽要求：15Hz~35KHz2.带外抑制比要求：>=-20dB/倍频程方案的选择及流程1.阶数的选择根据所需带外抑制比大于等于20dB/倍频程，我们选用了四阶带通滤波器，因为选用二阶时为：倍频程/6log 202dB c cf f =选用三阶时为：倍频程/12log 202*2dB = 选用四阶时为：倍频程/24log 202*2*2*2dB =此时可以满足要求带外抑制比≥20dB/倍频程倍频程和10倍频程的选择：对于滤波或运放放大倍数来讲是用dB来表示的。

具体的公式是A(w)=A0/(1+jw/w0), w0是滤波频率或运放的一个极点。

采用dB表示时是20*log|A(w)|.A(w)要取模，即A0/sqrt(1+w*w/(w0*w0)).对于n倍频(靠近w0的频率不准确,n>0),w2=n*w1, w1>>w0.(开方中的1可忽略)则有A(w2)-A(w1)=20*logA0-20*log(sqrt(w2*w2)/(w0*w0) )-20*logA0+20*log(sqrt(w1*w1)/(w0*w0 ))=-10*log(w2*w2/(w1*w1)=-10*log(n*n)这样对于两倍频，w2=2*w1,则此时下降是-10*log4=当w2=10*w1时 -10*log100=-20dB.2.电路形式的选择由于我们所选的滤波器阶数n为偶数，所以我们选用n/2个二阶滤波器级联；3.原理图仿真依原理图用Multisim 进行仿真，使基本达标。