二阶RC有源滤波器的设计(4)

图4-9 二阶带通滤波电路

电路结构如图4-9，输入端的电阻R3、R4和电容C1、C2组成低通电路，电容C3、C4和电阻R5、R6组成高通电路，二者串联起来接在集成运放的同相输入端，它的作用在前面介绍二阶低通有源滤波器时已经详细论述过。其中R1、R2、R7、R8均为5.1kΩ,R4=R6=20kΩ,R3=R4=10kΩ,C1=C2=C3=C4=10 nF。电路由一个幅度为12V，频率可调的交流电压源提供输入信号。 （1）理论分析

二阶带通滤波器的通带增益 Aup=Aup1+Aup2=4

高通滤波器的上限截止频率 fH=1/(2πRC）=800Hz

低通滤波器的下限截止频率为 fL=1/(2πRC)=1.6kHz 中心频率fo=1.2kHz （2）虚拟示波器分析

在Multisim软件的虚拟仪器栏中选择虚拟双踪示波器，将示波器的A、B端分别连接到电路的输入端与输出端，再点击仿真按钮进行仿真，得到如下波形。

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图4-10 利用示波器得到的二阶带通滤波器电路的输入输出波形

图4-10为输入信号频率为200Hz，幅度为12 V时二阶带通滤波器电路的输入输出情况。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。我们选择示波器扫描频率为5ms／div。纵轴每格均代表5V，输出方式为Y／T方式。幅度大的为输入信号，幅度小的为输出信号。

显然，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波器电路不会改变信号频率。从图4-10还可以看出，在输入信号频率为200Hz时输出信号的幅度明显小于输入信号的幅度，说明此时信号已被明显衰减。而中心频率附近输出信号的幅度约为输人信号的4倍。

调节输入频率，使之分别为500 Hz，1kHz，1.5kHz，2kHz，2.5kHz。由虚拟示波器得到输入频率在800Hz-1.5kHz时。这说明此滤波器的通带为800Hz-1.5kHz。

仅通过虚拟示波器分析，既很难得出fo的准确值，也不能直观看出输入信号的频率对电路放大性能的影响，于是用Multisim中的幅频特性分析来精确观察电路的输入输出特性。

（3）幅频特性分析

在Multisim软件的虚拟仪器栏中选择虚拟波特仪，将波特仪的输入输出端分别连接到电路的输入端与输出端，再点击仿真按钮进行仿真，得到如下波形:

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图4-11 二阶带通滤波器电路的幅频特性曲线

从图中可以看出该带通滤波器的中心频率fo=1.124kHz，上限截止频率约为800Hz,下限截止频率约为2kHz,与理论计算结果相符。

（4）交流分析(AC Analysis)

停止Multisim仿真分析(Multisim仿真分析与交流分析不能同时进行)，在主菜单栏中simulate项中选择Analysis中的AC Analysis。参数设置如下：起始频率为1MHz，终止频率为1GHz，扫描方式使用十进制，纵坐标以dB为刻度，在Output variables中选择输出节点，然后点击simulate进行仿真分析，得到电路的幅频特性曲线如图4-12所示。

图4-12 带通滤波器交流小信号分析

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4.2.4总滤波电路

图4-13 总滤波电路

参考文献：

[1] 集成电路原理及应用／谭博学，苗汇静主编.——2版.——北京：电子工业出版社，2008.1

[2] 电子技术基础.模拟部分／康华光主编；华中科技大学电子技术课程组编.——5版.——北京：高等教育出版社，2006.1

[3] 信号处理滤波器设计——卢特威（Lutovac,M.D.）等著；朱义胜等译.-北京：电子工业出版社，2004.1 [4] multisim 原理图与PCB设计／曹丙霞，赵艳华编著.——北京：电子工业出版社，2007.5（实例讲解系列）

[5] 李远文等编.有源滤波器设计.北京:人民邮电出版社,1986

[6] 谢自美.电子线路设计·实验·测试.3版.武汉：华中科技大学出版社，2006. [7] 刘南平，吉红编著.模拟电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，1998 [8] 马建国．电子系统设计．北京：高等教育出版社．2005 [9] 陆坤等．电子技术设计．北京：电子工业出版社．2001 [10] 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，1988

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