二阶高通滤波器的设计.docx

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1、模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计专业班级：电信本同学姓名：学 号： 69指导老师：设计时间：1月3日题目:二阶高通滤波器的设计一、设计任务与要求分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；截止频率L=200Hz；增益Av=2； 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）二、方案设计与论证二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或削减）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可削减滤波回路数。对于不同滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消退滤波器或者噪声滤波器。本设

2、计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观看示波器可以看到信号放大了 2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍旧是高压无源滤波器，高压无源滤波器有多种接线方式，其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛，无源滤波器具有结构简洁、设施投资较少、运行牢靠性较高、运行费用较低等优点，2.1 设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路与LPF有对偶性,将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简洁二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路采纳压控电压源二阶高通滤波电路。电路如图2-1所

3、示，参数计算为：通带增益：Aup =1 +旦%Aup表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数2RC截止频率： =品质因数:Q =3-图1压控电压源二阶高通滤波器Av=1+R2/R1fc =/2J1 R2C3C22.2 设计二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路。2无限增益多路负反馈二阶高通滤波器其中：% =2 ，通带增益：AL(UO截止频率：fc =2 万 Jr 2CC2品质因数：Q = (C1 + C2 + C3)RC2C3/?2fc =2JR jgG三、单元电路设计与参数计算3.1 方案一：压控电压源二阶高通滤波电路Av=l+R2R1=2 , fc=200令 Rl=10k，则 R2=10k又

4、fc=200hz,得出:C2=C3=0.47uf ；另取 R=R4R5=R3R6=210=l .69K3.2 方案二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路fc =2万 Ja R2GG设 Cl=0.22uf, 则 C2=0.47uf又 f=200hz得出：Rl=3K,R2=20.0K至此得出了两种方案的参数，连接电路好即可.四、总原理图及元器件清单1 .总原理图2 .元件清单直流源元件序号（名称）型号主要参数数量备注变压器输入220V、输出 15V, P=20W1个带插头D1 D4 （二极管）1N4007各1个保险管Ip=0. 5A1个电解电容G、23300uf25V2个电解电容C6220uf2个

5、瓷介电容C3、4、7、80、2 如f4个集成块UA7411个集成稳压器W7812、W7912输出电压12V,输出电流L5A各1个发光二极管2个瓷介电容C-o0、luf2个电阻R120K欧姆2个电阻R21K欧姆2个可调电位器Rw20K2个方案一元件序号主要参数数量备注（单价）R10k4().1R2K20.1Ua74111C0.47uf20.3方案二元件序号主要参数数量备注（单价）R20k10.1R3K1().1Ua74111C0.22uf20.3C0.47uf10.3五、安装与调试1 .焊接工具：电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对比原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误

6、后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时依据不同元件耐热性能尽量削减焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。2 .调试工具：万用表、示波器，信号发生器，数字毫伏表用小螺丝刀调整电位器R3的电阻为15K欧姆，R4的电阻为15K欧姆，接入220伏特的沟通电压，信号发生器的输出信号为f=lKz, Ui=500. 3mv的信号，在输出端测得输出电压Uo=201、6mv,减小频率使得f=100 Hz,则输出端Uo二161、2mv,与实际相差太大，则用螺丝刀微调整电位器，此时使得Uo=141、2mv,在高频时输出电压为输入电压的两倍，用示波器监测输出波形没有失真，故电路正确

7、，调试完毕，可以进行性能测试。二阶高通滤波器在频率响应特性与低通滤波器相像，当Q0. 707或Q0. 707时，通带边沿处会消失不平坦现象。有关依据品质因数Q计算电路电阻参数R1和R2的方法与二阶低通滤波器的计算相同。为了改进一阶高通滤波器的频率特性，可采纳二阶高通滤波器。一个二阶高通滤波器包含两个RC支路，即将二阶高通滤波器的R与C对换位置，即可构成二阶高通滤波器。如图5-1所示为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，其阻带衰减特性的斜率为40dB10oct,克服了一阶高通滤波器阻带衰减太慢的缺点.与二阶低通滤波器类似,二阶高通滤波器的各个参数也影响其滤波特性，如:阻尼系数f的大小打算了幅频特性有无

8、峰值，或谐振峰的凹凸。若要求高通滤波器的阻带特性下降速率大于40dB10oct,必需采纳高阶高通滤波器，同高阶低通滤波器一样，也是最常采纳巴特沃思型和切比雪夫型近似，同样也是先查表，得到分母多项式，图5-1阶高通滤波器幅频特性。二阶高通滤波器的参数设计，由增益Av=2, Av=l+RfRl,所以选R3=15K欧姆的电阻，fc=20011z, fc=l2RC,则选用C=O. 01uf的电容,的为15K欧姆的电阻,R2为4K欧姆的电阻，由于没有该种类的电阻，则用两个2K欧姆的电阻替代，集成块用KTA741。二阶高通滤波器电路的电路仿真。设计一：压控电压源二阶高通滤波电路时间18.003 ms18.

9、003 ms0.000 S-5.906 mV-5.906 mV0.000 VT2-T1中5时且通直人；：ST18.003E-15.107mVz曲，18.003ms-15.107mVT2T10.000 S o.ov1保存I%较边3E.K时同轴A通道比例2msDv 比例5 VQv触发边沿切工日Ext. Trig9ef 31i通道A通）SB比例2msv 比例10mVr 比例5 V设计二、用无限增益多路反馈设计高通滤波电路1 5 UA741CDsc2W1AA S JVQ q|C1H-0.47FVfEC3-12V时直18.003msie a-5.906 mVi B反向 18.003 ms0.000 s5

10、.906 mV0.000 V保存1 M ttxt. rgoer、）通遒A通道BQ媛2mDiv比例10mYQv比例5 V端 EXaJ3 -4J0e/ : 。】Y位送 0V Mr*zIvtfi o . “电平 0Vm ”】霹g】工：2ST2-T1MH18.003 ms13.003 ms0.000 sfi-A19.731 mV19.731 mV0.000 V反向1fi时间轴比例2rrs跖xe8 ofv7rl 4.nM o/a TA比洌 10mVv中罡 0faz1 lfrv 1S比洌5YQvrf oExt. T9C*- u* o* 六、性能测试与分析1 .输出电压的测量输入信号Ui=500 nv,转变

11、频率测输出电压，并且在通频带时的频率要取得密集一些，纪录到表格二阶高通滤波器的数据频率f/Hz1000. 3900.5811.6718.9573输出电压Uo/mv998982979975691频率f/Hz424264210199.5185输出电压Uo/mv930823730706671压控电压源二阶高通滤波器的数据fp压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性频率f/Hz1000. 4876.2754.8626.6461.69输出电压Uo/mv847846843837820频率f/Hz278. 34211.85206. 88199.8161.6输出电压Uo/mv765711706703639无限增

12、益多路反馈二阶高通滤波器数据2 .数据处理与误差计算压控电压源在频率为高频时，U= (1000. 3+1000. 4+1000.5) /3=1000. 4 mv输入电压Ui=500mv,则 Av=UUi=1000 4/500=2、01相对误差：s= (2、01-2) /2*10096=0、5%当 fp=200Hz 时，Uo 理论=U*0、707=1000*0、707=707mv试验测得Uo=706mv则相对误差为 S二(706-707) /706* 100%= 1.4%无限增益多路反馈在频率为高频时，U= (1000. 3+1000. 4+1000.5) /3=1000. 4 mv输入电压Ui=500mv,则 Av=UUi=1000. 4/500=2、01相对误差：s= （2、01-2） 2*100%=0 5%当 fp=200Hz 时,Uo 理论=11*0、707=1000*0、707=707mv试验测得Uo=703mv则相对误差为 S= （703-707） /703*100%=6%3.误差分析产生该试验误差的主要缘由有1、输入信号不稳定会导致试验误差。2、由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路供应所需的正负直流电不是很准，没有标准的正负12伏特，导致试验误差。3、在参数设计时也会引入误差。4、在计算过