电子线路课程设计二阶有源带通滤波电路

二阶有源带通滤波电路

绪论

在过去的一个多世纪里，人类的科学文明发生了翻天覆地的变化，特别是以

物理学为主导的科技革命的爆发，使得人类的生活方式产生了由头到底的彻底改变。电视，电话，飞机，卫星等一系列以前只有在科幻作品中才会出现的东西一样一样的诞生了。从基因工程“让人活到一千岁”的梦想，到纳米技术“包你穿衣不用洗”的诺言；从人工智能“送你一只可爱机器狗”的温馨，到转基因技术“让老鼠长出人耳朵”的奇观。不断有新的科技在诞生，每一个新科技的发现都会让人们欣喜若狂，因为，这些新科技正在逐步地改善我们的生活，让我们更加了解自己。我们坚信——科技不仅改变命运，还可改变未来。对于我们这一代人，对社会的普遍感觉是竞争意识强了。科普知识是我们关注的焦点，爱因斯坦、霍金、比尔·盖茨是我们心目中的明星，计算机科学、现代物理和化学动态更是无时不牵动着我们。

我们已经明白科技的重要性，也知道了科技的普遍性。虽然科技创造新生活的前景引人遐思，令人神往。但是归根结底是要靠我们共同的努力实现的。作为社会未来建设的中坚，我们这一代年轻人肩上的担子的确不轻，新的机遇总是伴着风险与挑战，但是，我们不会轻易地说放弃，因为我们年轻，因为我们衣袂飞扬。

回望文明的历程，是科技之光扫荡了人类历史上蒙昧的黑暗，是科学之火点燃了人类心灵中的熊熊的希望；科技支撑了文明，科技创造着未来，而未来在我们手中。让我们成为知识的探索者，让我们在未知的道路上漫游，让我用我们的创造力将我们居住的世界变得更美好。人类社会的每一次社会的变革都是源于科技的发展。

今天，作为大学生的我们充满了学科学、用科学的浓烈的氛围、洋溢着求创新、共进步的热情。面对着茫茫碧水，背靠着巍巍虞山。作为电子本科生的我们会用我们的青春热情共同构建我们美丽的未来。

电子技术实验系列课程是为适应培养素质型人才的需要而设置的一门工程应用能力训练课程。本课程既重视基本技能，基本测试方法的训练，又适应电子技术发展的需要。

一、 内容提要

滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。其优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面；缺点为：但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四种。

采用低通-高通级联实现带通滤波器。

二、设计目的与要求

1．要求

1.1 性能指标要求：△f=3000Hz-300Hz=2700Hz; 1.2 通带电压增益：Au=1； 1.3 完成电路设计和调试过程。

2. 目的

2.1 掌握二阶有源带通滤波电路的设计原理、电路结构和基本性能； 2.2 学会使用multisim软件进行电路设计；

2.3 学会有源滤波器的幅频、相频特性曲线的测试方法

三、方案设计与论证

1. 基本原理

带通滤波器(BPF)能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW，滤

波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质因数Q越高。电路的Q值可用公式求出

Q

f0BW

可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带

宽，势必输出电压较小。

2. 设计方案

采用低通-高通串联实现带通滤波器：将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和

高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通滤波器，再串联即得带通滤波器。

二阶巴特沃思滤波器的AVF11.586，因此，由二级串联的带通滤波电路的通带

电压增益(AVF1)2.515，由于通带电压增益：Au=1，因此在低通滤波器输入部分加了一个由R8和R9组成的分压器。

2

四、电路设计与参数计算（理论）

1. 单元电路设计及参数

元件的的参数选择和计算：在运放电路中的电阻不宜过大或过小。一般为几千欧至

几十千欧较合适。

对于低通级，选取R8.2k ，由fh3000Hz和f

C6.47nF，现选择标准电容值C6.8nF，低通部分如图1所示：

对于高通级，也选取R8.2k ，由fl300Hz和f

1

可计算出电容2RC

1

可计算出电容2RC

C64.7nF，现选择标准电容值C68nF，高通部分如图2所示：

考虑到已知道AVF11.586，同时尽量要使运放同相输入端和反相输入端对地的直

流电阻基本相等，选择R2R647k，R3R7(AVF1)R227k。

图1

二阶有源带通电路的高通部分

_5%

_5%

图2

信号源通过R8和R9进行衰减，它的戴维宁电阻是R8和R9的并联值，这个电阻

值等于低通级电阻R18.2k。因此，

有

R8R9

8.2k

R8R9

由于整个滤波电路通增益是电压分压器比值与滤波器部分增益的乘积，且应等于单位增益，故有

R8R9RR

(AVF1)2=892.5151

R8R9R8R9

联解式得R820k和R913.3k

2．总原理图

Vo

五、性能仿真分析

按照理论图进行调试，波特图仪显示结果如下：

为了减小误差所以重新选择器件，经过调试最终选择低通电路的电容为5.1nF，高通电路的电容为71nF。电路图如下：

此时波特图仪的显示结果如下：

为了减小误差所以重新选择器件，经过调试最终选择低通电路的电容为5.1nF，高通电路的电容为71nF。电路图如下：

此时波特图仪的显示结果如下：

第5页 共7页

电路图中所用信号源为：1V 4kHz和5V 60Hz，经过滤波器这两种信号应都被滤除。示波器波形如下：



第6页 共7页

数字万用表的输出电压读数如下：

2．元件清单

六、结论与心得

通过这次的课程设计，加深了我对模拟电路的认识，熟悉了multisimv7的操作，强化了我对解决实际电路设计问题。培养了我们独立思考、认识问题、解决问题的能力

我这次所选的题目为设计二阶有源带通滤波器，虽然设计过程中遇到了一些麻烦，但经过请教老师和与同学之讨论都得到了解决，这些过程让我受益匪浅。总之，很高兴能有这样的实践机会让我学到了很多。

七、参考文献

高等教育出版社 《电子技术基础》（模拟部分） 主编 康华光

第7页 共7页

二阶有源带通滤波电路

绪论

在过去的一个多世纪里，人类的科学文明发生了翻天覆地的变化，特别是以

物理学为主导的科技革命的爆发，使得人类的生活方式产生了由头到底的彻底改变。电视，电话，飞机，卫星等一系列以前只有在科幻作品中才会出现的东西一样一样的诞生了。从基因工程“让人活到一千岁”的梦想，到纳米技术“包你穿衣不用洗”的诺言；从人工智能“送你一只可爱机器狗”的温馨，到转基因技术“让老鼠长出人耳朵”的奇观。不断有新的科技在诞生，每一个新科技的发现都会让人们欣喜若狂，因为，这些新科技正在逐步地改善我们的生活，让我们更加了解自己。我们坚信——科技不仅改变命运，还可改变未来。对于我们这一代人，对社会的普遍感觉是竞争意识强了。科普知识是我们关注的焦点，爱因斯坦、霍金、比尔·盖茨是我们心目中的明星，计算机科学、现代物理和化学动态更是无时不牵动着我们。

我们已经明白科技的重要性，也知道了科技的普遍性。虽然科技创造新生活的前景引人遐思，令人神往。但是归根结底是要靠我们共同的努力实现的。作为社会未来建设的中坚，我们这一代年轻人肩上的担子的确不轻，新的机遇总是伴着风险与挑战，但是，我们不会轻易地说放弃，因为我们年轻，因为我们衣袂飞扬。

回望文明的历程，是科技之光扫荡了人类历史上蒙昧的黑暗，是科学之火点燃了人类心灵中的熊熊的希望；科技支撑了文明，科技创造着未来，而未来在我们手中。让我们成为知识的探索者，让我们在未知的道路上漫游，让我用我们的创造力将我们居住的世界变得更美好。人类社会的每一次社会的变革都是源于科技的发展。

今天，作为大学生的我们充满了学科学、用科学的浓烈的氛围、洋溢着求创新、共进步的热情。面对着茫茫碧水，背靠着巍巍虞山。作为电子本科生的我们会用我们的青春热情共同构建我们美丽的未来。

电子技术实验系列课程是为适应培养素质型人才的需要而设置的一门工程应用能力训练课程。本课程既重视基本技能，基本测试方法的训练，又适应电子技术发展的需要。

一、 内容提要

滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。其优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面；缺点为：但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。根据对频率选择要求的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四种。

采用低通-高通级联实现带通滤波器。

二、设计目的与要求

1．要求

1.1 性能指标要求：△f=3000Hz-300Hz=2700Hz; 1.2 通带电压增益：Au=1； 1.3 完成电路设计和调试过程。

2. 目的

2.1 掌握二阶有源带通滤波电路的设计原理、电路结构和基本性能； 2.2 学会使用multisim软件进行电路设计；

2.3 学会有源滤波器的幅频、相频特性曲线的测试方法

三、方案设计与论证

1. 基本原理

带通滤波器(BPF)能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW，滤

波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质因数Q越高。电路的Q值可用公式求出

Q

f0BW

可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带

宽，势必输出电压较小。

2. 设计方案

采用低通-高通串联实现带通滤波器：将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和

高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器和高通滤波器，再串联即得带通滤波器。

二阶巴特沃思滤波器的AVF11.586，因此，由二级串联的带通滤波电路的通带

电压增益(AVF1)2.515，由于通带电压增益：Au=1，因此在低通滤波器输入部分加了一个由R8和R9组成的分压器。

2

四、电路设计与参数计算（理论）

1. 单元电路设计及参数

元件的的参数选择和计算：在运放电路中的电阻不宜过大或过小。一般为几千欧至

几十千欧较合适。

对于低通级，选取R8.2k ，由fh3000Hz和f

C6.47nF，现选择标准电容值C6.8nF，低通部分如图1所示：

对于高通级，也选取R8.2k ，由fl300Hz和f

1

可计算出电容2RC

1

可计算出电容2RC

C64.7nF，现选择标准电容值C68nF，高通部分如图2所示：

考虑到已知道AVF11.586，同时尽量要使运放同相输入端和反相输入端对地的直

流电阻基本相等，选择R2R647k，R3R7(AVF1)R227k。

图1

二阶有源带通电路的高通部分

_5%

_5%

图2

信号源通过R8和R9进行衰减，它的戴维宁电阻是R8和R9的并联值，这个电阻

值等于低通级电阻R18.2k。因此，

有

R8R9

8.2k

R8R9

由于整个滤波电路通增益是电压分压器比值与滤波器部分增益的乘积，且应等于单位增益，故有

R8R9RR

(AVF1)2=892.5151

R8R9R8R9

联解式得R820k和R913.3k

2．总原理图

Vo

五、性能仿真分析

按照理论图进行调试，波特图仪显示结果如下：

为了减小误差所以重新选择器件，经过调试最终选择低通电路的电容为5.1nF，高通电路的电容为71nF。电路图如下：

此时波特图仪的显示结果如下：

为了减小误差所以重新选择器件，经过调试最终选择低通电路的电容为5.1nF，高通电路的电容为71nF。电路图如下：

此时波特图仪的显示结果如下：

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电路图中所用信号源为：1V 4kHz和5V 60Hz，经过滤波器这两种信号应都被滤除。示波器波形如下：



第6页 共7页

数字万用表的输出电压读数如下：

2．元件清单

六、结论与心得

通过这次的课程设计，加深了我对模拟电路的认识，熟悉了multisimv7的操作，强化了我对解决实际电路设计问题。培养了我们独立思考、认识问题、解决问题的能力

我这次所选的题目为设计二阶有源带通滤波器，虽然设计过程中遇到了一些麻烦，但经过请教老师和与同学之讨论都得到了解决，这些过程让我受益匪浅。总之，很高兴能有这样的实践机会让我学到了很多。

七、参考文献

高等教育出版社 《电子技术基础》（模拟部分） 主编 康华光

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