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1、 新疆大学课 程 设 计 报 告所属院系： 电气工程学院 专 业： 风能与动力工程 课程名称： 电子技术基础A 设计题目： 有源高通滤波器的设计 班 级： 风能12-1 学生姓名： 学生学号： 指导老师 : 完成日期： 2014.6.20 课程设计题目4：有源高通滤波器的设计要求完成的内容：设计一个有源高通滤波器。技术指标要求为：下限截止频率为fL=1000Hz，通带电压放大增益|Av|=1，在f = 0.1fL时，幅值衰减大于50dB 。建议运算放大器选取（LM741或LM353）。要求：（1）根据设计要求，确定电路的设计方案，初选电路元器件，设置参数。 （2）仿真分析、测量电路的相关参数，
2、修改、复核，使之满足设计要求。 （3）综合分析计算电路参数，验证满足设计要求后，认真完成设计报告。评分标准： （1）设计思路是否清晰； （2）单元电路正确与否； （3）整体电路是否完整及满足设计要求； （4）说理说明是否正确； （5）报告格式及版面是否清晰； （6）答辩过程中回答问题是否正确。指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 2014年 6月 20 日 有源高通滤波器的设计一、设计方案1、工作原理滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由
3、于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和带阻等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路，带阻滤波器和带通滤波器相反，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。2. 设计方案（1）方案一：二阶有源高通滤波器 图1二阶有源高通滤波电路（2） 方案二：四阶有源高通滤波器 图2四阶巴特沃有源高通滤波电路3. 方案的分析和比较方案一设计的二阶有源高通滤波电路具有结构简单，计算方便的优点
4、，但其稳定性不是很高。而且其在时，传递函数随以十倍频程上升。显然，二阶有源高通滤波电路在f = 0.1fL时，幅值衰减为40dB,小于50dB，因此不选择二阶有源高通滤波电路作为设计电路。方案二设计的四阶有源高通滤波电路采用了两个二阶有源高通滤波电路级联的办法，同样结构很简单，计算也很方便。最大的优点是其在时，传递函数随以十倍频程上升。显然，二阶有源高通滤波电路在f = 0.1fL时，幅值衰减为80dB,大于50dB。显然四阶有源高通滤波电路可以满足设计的所有要求，并且相对简单易行，因此选择四阶有源高通滤波电路作为设计电路。四阶以上有源高通滤波电路虽然都能满足设计要求，但结构会相对复杂，成本也
5、会增高，因此不予考虑。4. 设计流程 图3设计方案方框图二、 单元电路的设计和计算1、设计电路的结构与形式在本课程设计中，设计电路为四阶有源高通滤波电路，它是由两个完全相同的二阶有源高通滤波电路级联形成的。2、选择运放为了减少运放对滤波电路的负载效益，同时便于调整，现选择运放LM741EN。这是一种具有JFET作为输入级的低失调、高输入阻抗运放。预计LM741EN能满足设计要求。3、选择电容器的容量，计算电阻器的阻值电容C的容量宜在微法数量级以下，电阻器的阻值一般应在几百千欧以内。该滤波器通带增益,下限截止频率，在f = 0.1fL时，幅值衰减大于50dB，即时，有。 由Q=得，Q1为0.70
6、7，Q2=1.31。显然，四阶有源高通滤波电路在f = 0.1fL时，幅值衰减为80dB,大于50dB。取基准电容，则基准电阻各元件的参数计算如下： 由知，在时，传递函数随以十倍频程上升。由特征角频率知。三、 总体设计1、元器件明细表及增益表 表1元器件明细表元件数量名称量值 电阻1R111R121R211R22电容6C11，C12,C13,C21,C22,C23运放1LM741EN电压源7VCC0V2VEE12V2 VDD -12V波特仪1 Bode Plotter - XBP1示波器1 Oscilloscope - XSC1导线若干 表2巴特沃低通、高通电路阶数n与增益G之关系阶数n246
7、8增益G一级1.5861.1521.0681.038二级2.2351.5861.337三级2.4831.889四级2.6102、将各元件进行连线，得到如下电路图 图4 设计的四阶有源高通滤波电路 图5实物接线图3、 综合分析计算 （1）当信号频率在1000Hz以下，例如100Hz的正弦信号，幅频响应曲线如图6所示 分析：很显然，由图6可知该有源高通滤波器在输入频率为100Hz时的下限截止频率在左右，符合设计要求。图6四阶巴特沃高通滤波电路在输入频率为100Hz时的幅频响应曲线 （2）当信号频率在1000Hz以下，例如100Hz的正弦信号，输入、输出波形如图7所示分析：由图7可知，当信号频率在1
8、000Hz以下，例如100Hz的正弦信号，其输入输出波形如上图所示,下图中A通道显示的为输入信号波形，输入值为-1.413V，C通道显示的为输入信号波形,输出值为2.187mV。很显然，信号强度发生明显衰减，衰减系数接近700倍。这就证明，在截止频率以下的信号几乎不能通过。图7四阶巴特沃高通滤波电路在输入频率为100Hz时输入、输出曲线 （3）当信号频率在1000Hz以上，例如10000Hz的正弦信号，幅频响应曲线如图8所示图8四阶巴特沃高通滤波电路在输入频率为10000Hz时的幅频响应曲线 分析：很显然，由图8可知该有源高通滤波器在输入频率为100Hz时的下限截止频率在左右，符合设计要求。
9、（4）所示当信号频率在1000Hz以上，例如10000Hz的正弦信号，输入、输出波形如图9所示分析：由图9可知，当信号频率在1000Hz以上，例如10000Hz的正弦信号，其输入输出波形如上图所示,下图中A通道显示的为输入信号波形，输入值为1.407V，C通道显示的为输入信号波形,输出值为1.367V.很显然，信号强度并没有发生衰减，这就证明，在截止频率以上的信号可以无衰减通过。图9四阶巴特沃高通滤波电路在输入频率为10000Hz时输入、输出曲线四、 总结1、结论：此次有关有源高通滤波器的课程设计非常成功，基本上完全满足了设计要求。即该滤波器通带增益,下限截止频率，在f = 0.1fL时，幅值
10、衰减大于50dB。2、体会与感想：本次课程设计是小组选定课题，但在设计过程中基本上所有人都在自己独立思考，同时又由于设计所采用的仿真软件Multisim10.0在此之前不是很熟悉，因此本次课程设计的前期多半是在摸索中前进，当然付出中会有收获，本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的东西，同时也带给我成功的喜悦感，增加了我的自信心，当我看到由我自己设计的东西由想法变成实物时，我的心里充满了成功的喜悦感。回想起此次课程设计过程中经历的种种困难，遇到不明白的问题时，与他人讨论，请教老师的过程，所有的努力都指向一个明确的目标-确保课程设计的成功，我真的很感动。此次课程设计不仅使我学会了不少东西，更让我
11、体会到人与人之间的沟通的乐趣，感谢此次课程设计过程中给予我们悉心指导的程静和刘兵老师，同时也感谢班级的其他同学，正是由于和他们一起的努力使我成功完成了本次课程设计。通过本次对有源高通滤波器的设计，了解了如何使用一些常见元器件如放大器LM741EN,并巩固了一些外围电路的搭建常识，再一次巩固了相关的模拟电路知识，了解了设计电子电路的基本流程，从而具有基本的设计能力。有源高通滤波器的课程设计结束了，在设计之初并没象想象的那么简单，因为平时总是学的理论，而这次是亲手的动手操作，虽然说很累，但感觉收获却特别大。学会了很多芯片的原理，因此对很多芯片都有了初步的了解。芯片在平常学习时并不清楚它的具体功能，
12、通过这几天的课程设计，我们查资料，仔细研究它们的逻辑功能，用途，要求等，终于基本完成了我设计。这激发了我们学习专业知识的兴趣，也增强了我们的动手能力。但同时，由于掌握的知识有限，在设计过程中我们遇到一些问题我们暂时还没有能力去解决。因此，在以后的学习中，尽可能地扩大自己的知识面，不能仅仅只局限课本，要更加刻苦地努力地去学习专业知识，充分利用图书馆和网络资源，多查多学多练，打好扎实功底，为以后的更好的发展奠定一个坚实的基础。通过此次课程设计也更加坚定了我们学好后续课程和温习学过的知识还有利用课余时间拓展自己知识面的决心！相信在老师的指导下，再加上自己不懈努力，我们一定会成功。五、参考文献1. 康光华主编：电子技术基础 模拟部分第五版， 高等教育出版社，2006.12、长沙学院：电子与通信工程系二阶有源高通滤波电路设计有关文档
