无源滤波器电路设计.doc

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1、 目录一无源滤波器的简介4二无源滤波器原理与电路分析5三电路仿真61.1无源低通滤波器61.2无源高通滤波器81.3无源带通滤波器101.4无源带阻滤波器13四.设计心得与体会15参考文献：1 彭介华，电子技术课程设计指导，北京：高等教育出版社，1997；2 高吉祥，电子技术基础实验与课程设计，北京：电子工业出版社，2005；3 童诗白，模拟电子技术基础，北京：高等教育出版社，1988；4 康华光，电子技术基础模拟部分，北京：高等教育出版社，20065 本课程教材一无源滤波器的简介 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采

2、用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。 无源滤波器的优点：无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。无源滤波器的分类：无源滤波器主要可以分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。 调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率；高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减低于某一频率的谐波，该频率称

3、为高通滤波器的截止频率。 无源滤波器的发展历程：1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展；到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90

4、年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。二无源滤波器原理与电路分析 根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。图分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可由RC 元件和有源器件构成的有源滤波器。滤波器的网络函数H（j），又称为正弦传递函数。它可用下式表示： 式中A()

5、为滤波器的幅频特性，()为滤波器的相频特性。它们均可通过实验的方法来测量。 低通滤波电路，其幅频响应如图(a)所示，图中|H(jC)|为增益的幅值，K为增益常数。由图可知，它的功能是通过从零到某一截止频率C的低频信号，而对大于C的所有频率则衰减，因此其带宽B=C.高通滤波电路，其幅频响应如图(b)所示.由图可以看到，在0C范围内的频率为阻带，高于C的频率为通带。带通滤波电路，其幅频响应如图(c)所示。图中Cl为下截止频率，Ch为上截止频率，0为中心频率。由图可知，它有两个阻带：0Ch，因此带宽B=Ch-Cl。带阻滤波电路，其幅频响应如图(d)所示。由图可知，它有两个通带：0Ch和一个阻带ClC

6、h也是有限的。带阻滤波电路阻带中点所在的频率Z叫零点频率。 二阶基本节低通、高通、带通和带阻滤波器的电压转移函数分别为: 低通 高通 带通 带阻 式中K、p、z和p分别称为增益常数、极点频率、零点频率和极偶品质因数。正弦稳态时的电压转移函数可分别写成 低通 高通带通 带阻各滤波器的电路图： 三电路仿真 1.1 无源低通滤波器原理图如下：从图中可以看出截止频率，表明此滤波器可以滤掉频率超过5.878KHz的波。根据二阶基本节低通滤波器电压转移函数的典型表达式：可得增益常数K=1，极点频率和极偶品质因数。正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：由上式可知：当时，当时，当时，可见随着频率升高幅值

7、函数值减小，该电路具有使低频信号通过的特性1.2无源高通滤波器原理图如下：从图中可以看出截止频率,可以滤掉频率低于44.499KHz的波.电压转移函数为：根据二阶基本节高通滤波器电压转移函数的典型表达式：可得增益常数K=1，极点频率，极偶品质因数。正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：由上式可知：当时， 当时，当时，可见随着频率增加幅值函数增大，该电路具有使高频信号通过的特性1.3无源带通滤波器原理图如下： 从图中可以看出中心频率. 但是老师初次检查后发现有带宽过宽等问题，于是我做了以下修正： 修正后的仿真图：即R1改为100，R2改为1000，C1改为1F，C2改为0.1F然后经测试之

8、后的仿真图为：可以测出通带宽度B=11876.701Hz正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：当时，称为带通滤波器的中心频率，即 截止频率是幅值函数自下降3db(即)时所对应的频率。由H(j)的表达式可得对上式求解得，分别称为上截止频率和下截止频率。通频带宽度B为品质因数Q为可见二阶带通滤波器的品质因数Q等于极偶品质因数Qp。Q是衡量带通滤波器的频率选择能力的一个重要指标。由H(j)的表达式可知：当时，当时，当时，信号频率偏离中心频率越远，幅值函数衰减越大。由于品质因数于是通带宽度 1.4无源带阻滤波器原理图如下： 由图可以看出中心频率f=1.389MHz经老师初次检查后，发现阻带过宽，

9、于是我做了以下修正：即C1改为100nf ，C2也改为100nf。然后得到以下仿真图：可以测出阻带宽度B=6679.053Hz.正弦稳态时，电压转移函数可写成：幅值函数为：当时，称为带阻滤波器的中心频率，即 截止频率是幅值函数自下降3db(即)时所对应的频率。由H(j)的表达式可得对上式求解得，分别称为上截止频率和下截止频率。阻频带宽度B为品质因数Q为然后可知阻带宽度四. 设计心得与体会 这次课程设计的课题是无源滤波器的设计，包括低通滤波器、高通滤波器 、带通滤波器 、带阻滤波器，在设计过程中查阅了很多资料，包括课本以及课外的书本，同时也咨询了同学和老师才勉强完成了这个报告，当真是十分不容易。

10、通过这次的课程设计，了解了无源滤波器的原理以及与无源滤波器的区别，也能初步计算出其参数值。刚开始对无源滤波器的了解很少，然后我便查阅了一些资料做一些初步了解，然后再根据资料初步设计了这里的电路。我相信这就是一个学习的过程，查阅资料也是一项非常重要的学习能力，作为一个学生，我想治学就一定要严谨，我们不是艺术家，可以用想象力凭空驰骋，支撑我们的一定要是理论知识，我们做的一切事情一定要有理有据，有理可循，凭空捏造肯定是行不通的，仅仅只是想法，没有实际理论的支持，那么它永远也只能存在于你的脑海，只是一个构想，而不可能成为一个合理的设计。然后再使用Multisim进行初步仿真模拟，因为第一次使用这个软件

11、，而且是全英文界面，这对我的整个仿真过程造成了不小的的麻烦，不过还是通过一天的努力终于把4个电路图的仿真全部做好了，当时真的是松了一口气。当初我还担心我做不来这个设计，但是当我把仿真做好的时候，我知道我确实做到了。我想当初还是因为没有一个清晰的思路才会造成这样的后果的，如果当初把思路理清，我想回容易很多，先找到需要的元器件，然后再进行连接，实验，仿真。肯定比我当初乱摸一气要效率的多，我想在以后的学习过程也要有个清晰的计划，事事有据可循，才是一个工程师应该具备的素质。在这同时让我能够较为熟练的使用Multisim这个软件，我想这肯定对以后的学习能有很大的帮助。 在设计课程过程中遇到问题是很正常的

12、，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意的事，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并请叫同学老师，交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。虽然一开始我对滤波器的理解不多，但是通过几天的学习有了长足的进步，这种学习的乐趣只有学了的人才能知晓吧。实践果然才是检验真理的唯一标准，不仅锻炼了动手能力，而且加深了理论知识。我想以后这样的锻炼机会应该越多越好。 16