正反馈结构的高通滤波器分析与设计

《现代电路理论与设计》课程实验报告实验名称正反馈结构的高通滤波器分析与设计实验日期2015-10-23班级研15-2班学号2015200236姓名汪瑶指导老师评分一、实验内容1、正反馈有源高通滤波器设计原理（1）转移函数:其中K=1+Ra/Rb，如果要设计的高通滤波器的转移函数形式为将上两式进行比较，可得电路参数与元件值的关系如下2、正反馈有源高通滤波器原理图图5.13.正反馈有源高通滤波器设计方法采用RC→CR变换的方法，直接将低通滤波器变换成高通滤波器。研究表明，将低通滤波器中电阻R替换为电容量等于1/Rwp的电容，而将电容C替换为电阻值等于1/Cwp的电阻，就可以直接将相应结构的低通滤波器变换为高通滤波器。4、正反馈有源高通滤波器设计任务设计一个wp=10000rad/s，Q=1/√2的有源高通滤波器。二、实验目的（1）帮助学生理解滤波器的设计过程，掌握基本的设计技巧；（2）帮助学生学习并使用电路仿真软件；（3）借助仿真软件，分析和设计滤波器。三、实验过程1、理论计算先算正反馈低通滤波器的相关参数，由实验一可得：①取R1=R2=R，C1=C2=C，并取C=1nF。②根据给定的wp值，求出RR=1/(10000C)=100k③根据给定的Q，求出KK=3-1/Q=1.586，取K=2。④根据求得的K值，确定Ra和RbK=1+Ra/Rb=2，得Ra=Rb取Ra=Rb=1k。用RC→CR变换，可得高通滤波器中的参数为：R1=R2=R’=100k；C1=C2=C’=1n；Ra=Rb=1k不变。2、仿真步骤（1）按照电路图，选好元器件，并按理论计算设定元件值，搭建好仿真电路。如下图5.2所示：图5.2仿真电路图（2）设置仿真参数，如下图5.3所示：图5.3仿真参数设置运行仿真，得到如下图5.4所示：图5.4输出/输入波特图（3）改变元件Ra的参数。采用参数扫描方式，让Ra的值从1k到2k，每0.2k取一次值。扫描方式设置如下图5.5所示，图5.5设置参数扫描范围设置参数扫描后的波形如图5.6所示，图5.6改变参数Ra的波形变化（4）改变C1的参数。采用参数扫描方式，让C1的值从0.01n到1.01n，每0.2n取一次值。扫描方式设置如下图5.7所示，图5.7设置参数扫描范围设置参数扫描后的波形如下图5.8所示图5.8改变参数C1的波形变化（5）改变C2的参数。采用参数扫描方式，让C2的值从0.01n到1.01n，每0.2n取一次值。设置参数扫描后的波形如下图5.9所示图5.9改变参数C2的波形变化（6）改变R1的参数。采用参数扫描方式，让R1的值从60k到140k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如下图5.10所示图5.10改变参数R1的波形变化（6）改变R2的参数。采用参数扫描方式，让R2的值从60k到140k，每20k取一次值。设置参数扫描后的波形如下图5.11所示图5.11改变参数R2的波形变化四、实验结果分析按照理论计算所得到的截止频率wp=10000/(2∏)≈1592Hz由图5.4的波形图，可看出，wp=1289.6Hz（通带波形的幅值下降3dB时所对应的频率），这与理论计算有很大差异。产生差异的原因可能是运放本身特性的制约，在实际设计时可能也是如此，有诸多因素影响，因此，在实际设计时，应以仿真结果为准，理论计算为基础。我们可以通过改变电路的参数来改变截止频率，来达到设计要求。由图5.8，5.9，5.10，5.11的波形，可看出，改变C1，C2，R1，R2可以改变截止频率的大小。随着容值的增大，截止频率减小；随着阻值的增大，截止频率也减小，但幅度不大。由图5.6，5.8，5.10，5.11的波形，可看出，改变参数Ra（改变Rb同改变Ra效果差不多），C1，R1，R2可以改变Q值。随着Ra的值的变大，Q值也在增大；随着C1的增大，Q值在减小；改变R1，Q值增大；改变R2，Q值减小。但从上述波形可看出，最终波形都是平行线，以每十倍频负四十分贝的速率滚降。在Q值的选择上，当高Q值对减小过渡带作用不大时，应该以考虑通带平缓的为佳，因为高Q值，可能导致运放饱和。