基于multisim的有源高通滤波器设计【字数：7489】
摘 要滤波电路是一种在抑制不必要的频率分量的同时，可以发送有用的频率信号的电路，在电子电路中通常被用于信号处理、数据传输和干扰抑制的方面。由于集成运算放大器的局限性，有源滤波电路不适用于高电压和高电流负载，而仅适用于信号处理。本文通过对二阶高通滤波电路的原理和特性的阐述，设计了一种压控电压源二阶有源高通滤波电路，通过Multisim仿真分析了滤波器的幅频特性，进一步验证了设计的正确性，分析了通带电压增益改变时对滤波器特性的影响，并且测试滤波器的稳定性能，从而实现了电路的优化设计。
目 录
第一章 引言 1
1.1设计课题意义及背景 1
1.2高通滤波器的发展状况 1
第二章 有源高通滤波器 3
2.1滤波器概述 3
2.1.1滤波器的分类 3
2.1.2滤波器的主要参数 3
2.2有源高通滤波电路 4
2.2.1一阶有源高通滤波电路 4
2.2.2简单二阶有源高通滤波电路 6
2.2.3压控电压源二阶有源高通滤波电路 6
第三章 有源高通滤波器的设计与仿真 8
3.1Multisim的仿真软件简介 8
3.2有源高通滤波器的设计 9
3.2.1有源高通滤波器电路结构设计 9
3.2.2有源高通滤波器电路参数设计 9
3.3.1有源高通滤波器的通带增益仿真分析 11
3.3.2有源高通滤波器的截止频率仿真分析 12
3.3.3有源高通滤波器的衰减速率仿真分析 13
3.3.4通带电压增益影响滤波特性仿真分析 14
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
第一章 引言
1.1设计课题意义及背景
随着科学技术的发展，信息技术变得越来越重要，我们逐步进入了信息时代，信息带给了我们很多便利，所以信号处理的地位就尤为重要。甚至可以这么说，国家的经济要想繁荣昌盛，国力要想强大有很大一方面都是因为国家的信息处理能力比较强，这样看来，在信号处理系统中的滤波器的设计就显得意义重大，毕竟在这个系统中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
，滤波器的性能就可以代表整个信处理系统的性能。在现代化逐步实现的同时，各个领域的数字系统所占的比例也在不断的增加，可以看出，总有一天滤波器会占据主导地位，并且有很多的数字系统含有对模拟信号的处理和在信号采集之后的对数字信号的处理。所以说，大多数的数字系统中对于模拟信号的处理十分重要，这些环节的存在与模拟滤波器的设计使用密切联系。
在过去的30年里，科学技术不断更新，滤波器的技术也在不断的完善，最近几年国产滤波器在国内市场上也占有一席之地，并呈现上升的趋势。滤波器正在向低功耗、低制造成本、低电源、高集成性、对于高频信号的处理能力强的反面迅速的发展，为了迎合市场需求，也逐渐出现了许多新型的有源滤波器实现技术。伴随着科技的不断更新，人们对于滤波电路的技术要求也越来越严格，所以对于滤波器的要求也就越来越高。而要想滤波器的滤波效果好，一方面，滤波器的阶数要高，另一方面，滤波器的幅频特性也要非常接近理想。但是，阶数越高所需元件越多，分析数据、设计实验和参数计算带来的麻烦和误差就越多。所以，我们需要对高阶的高通滤波器进行更加深入的研究使它的性能更加好，更加精确，来满足人们对滤波器的需求。
1.2高通滤波器的发展状况
随着现在通信设备与各种各样控制系统的逐渐发展，滤波器的使用率变得越来越高，其中增长最快的是有源高通滤波器各种方面的使用，在通信、测控、仪器仪表等领域方面具有重要影响。对于信号分析处理技术方面，滤波器是一个非常重要的支点，滤波器的技术不可缺少的就是信号的收集、传送和交换，这其中对于信号的传输、信号的安全可靠的程度也十分重要。可以说在所有的电子系统中都有滤波器的存在，它非常的常见但同属在技术层面他有非常的复杂。因此，滤波器的发展对于各个国家都非常重要，值得被重视，这导致，滤波技术也成为了各国研究人员的一个热度很高且互相之间十分敏感的话题。
在美国与德国的研究人员的不断努力下LC滤波器问世，美国出现了第一个多路复用系统的出现。无源滤波器出现在二十世纪五十年代当时对于它的研究使它的技术变得成熟，从七十年代开始，几种滤波器已被研制出来并得到应用和RC有源滤波器出现并快速发展起来。到七十年代末期，基本上已经实现了这些滤波器的单片集成的开发与使用。二十世纪七十年代，我们把研究方向对准了新型滤波器的研究，逐渐扩大它的适用范围，与此同时提升他的性能。从二十世纪九十年代到现在，我国开发并发展各种各样的滤波器，其中尤其是有源高通滤波器。这种滤波器在五十年代末就已经在国内广泛的使用，那是主要用它来进行语音和报表的滤波，也就是从那时开始，我国的滤波器经过了半个多世纪的长时间发展，这使滤波器在应用、开发和生产等方面的技术都已经跟上国际的脚步。但是，由于目前仍缺乏专业的研究开发机构，综合技术和材料行业不能同步发展，国内许多新型滤波器的开发和应用逐渐落后于国际发展。
有源高通滤波器的功能是通过高频信号衰减、抑制低频信号，这项功能在现代电子、通信和自动化控制等领域得到了迅速发展，如果要实现国产电子品牌进入国际化市场，那么滤波器的发展对于我们来说就非常重要。随着电子工业的不断完善，对于滤波器的性能上的要求也逐渐变高，滤波器的功能也逐渐变得全面，因此，有必要朝着一体化的方向发展，我国滤波器在开发和生产的进程上远远不能满足人们的需求。为了减小这个差距，我国电子工程师和技术人员仍然需要不断努力研究，他们肩负着重大的历史责任。
第二章 有源高通滤波器
2.1滤波器概述
滤波电路的输入信号频率包括有必要的信号频率分量和不必要的信号频率分量，其中不必要的频率分量对电路的工作会有消极影响（比如高频干扰和噪音）。使用滤波器就是为了选择有用的信号频率分量，就是滤除无用的频率信号，顺利通过一部分有用的频率信号。滤波电路在无线通信、自动控制和电子测量等方面的应用十分广泛。
2.1.1滤波器的分类
根据电路是否含有有源器件，滤波电路可分为有源滤波电路和无源滤波电路。无源滤波电路由无源元件电阻、电容和电感组成。无源滤波器运行费用较低、运行可靠性较高、技术相对成熟、结构比较简单，但是无源滤波器通带内的信号有能量损失，没有放大能力，负载能力差，所以这种电路适用于大功率的、高频的、高压的环境。有源滤波器由放大器电路、无源元件电阻和电容组成。有源滤波器体积比较小、重量轻而且可以利用简单的方法构成高阶滤波器，缺点是需要直流电源供电，造价太高，与无源滤波器相比可靠性较差。有源滤波电路具有很强的放大能力且不受负载变化的影响，因此得到了广泛的应用，但它不能用于高压或大电流负载。由于运算放大器的带宽限制，很难在较高的频率下工作。目前，最大工作频率约为1MHz。
目 录
第一章 引言 1
1.1设计课题意义及背景 1
1.2高通滤波器的发展状况 1
第二章 有源高通滤波器 3
2.1滤波器概述 3
2.1.1滤波器的分类 3
2.1.2滤波器的主要参数 3
2.2有源高通滤波电路 4
2.2.1一阶有源高通滤波电路 4
2.2.2简单二阶有源高通滤波电路 6
2.2.3压控电压源二阶有源高通滤波电路 6
第三章 有源高通滤波器的设计与仿真 8
3.1Multisim的仿真软件简介 8
3.2有源高通滤波器的设计 9
3.2.1有源高通滤波器电路结构设计 9
3.2.2有源高通滤波器电路参数设计 9
3.3.1有源高通滤波器的通带增益仿真分析 11
3.3.2有源高通滤波器的截止频率仿真分析 12
3.3.3有源高通滤波器的衰减速率仿真分析 13
3.3.4通带电压增益影响滤波特性仿真分析 14
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
第一章 引言
1.1设计课题意义及背景
随着科学技术的发展，信息技术变得越来越重要，我们逐步进入了信息时代，信息带给了我们很多便利，所以信号处理的地位就尤为重要。甚至可以这么说，国家的经济要想繁荣昌盛，国力要想强大有很大一方面都是因为国家的信息处理能力比较强，这样看来，在信号处理系统中的滤波器的设计就显得意义重大，毕竟在这个系统中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
，滤波器的性能就可以代表整个信处理系统的性能。在现代化逐步实现的同时，各个领域的数字系统所占的比例也在不断的增加，可以看出，总有一天滤波器会占据主导地位，并且有很多的数字系统含有对模拟信号的处理和在信号采集之后的对数字信号的处理。所以说，大多数的数字系统中对于模拟信号的处理十分重要，这些环节的存在与模拟滤波器的设计使用密切联系。
在过去的30年里，科学技术不断更新，滤波器的技术也在不断的完善，最近几年国产滤波器在国内市场上也占有一席之地，并呈现上升的趋势。滤波器正在向低功耗、低制造成本、低电源、高集成性、对于高频信号的处理能力强的反面迅速的发展，为了迎合市场需求，也逐渐出现了许多新型的有源滤波器实现技术。伴随着科技的不断更新，人们对于滤波电路的技术要求也越来越严格，所以对于滤波器的要求也就越来越高。而要想滤波器的滤波效果好，一方面，滤波器的阶数要高，另一方面，滤波器的幅频特性也要非常接近理想。但是，阶数越高所需元件越多，分析数据、设计实验和参数计算带来的麻烦和误差就越多。所以，我们需要对高阶的高通滤波器进行更加深入的研究使它的性能更加好，更加精确，来满足人们对滤波器的需求。
1.2高通滤波器的发展状况
随着现在通信设备与各种各样控制系统的逐渐发展，滤波器的使用率变得越来越高，其中增长最快的是有源高通滤波器各种方面的使用，在通信、测控、仪器仪表等领域方面具有重要影响。对于信号分析处理技术方面，滤波器是一个非常重要的支点，滤波器的技术不可缺少的就是信号的收集、传送和交换，这其中对于信号的传输、信号的安全可靠的程度也十分重要。可以说在所有的电子系统中都有滤波器的存在，它非常的常见但同属在技术层面他有非常的复杂。因此，滤波器的发展对于各个国家都非常重要，值得被重视，这导致，滤波技术也成为了各国研究人员的一个热度很高且互相之间十分敏感的话题。
在美国与德国的研究人员的不断努力下LC滤波器问世，美国出现了第一个多路复用系统的出现。无源滤波器出现在二十世纪五十年代当时对于它的研究使它的技术变得成熟，从七十年代开始，几种滤波器已被研制出来并得到应用和RC有源滤波器出现并快速发展起来。到七十年代末期，基本上已经实现了这些滤波器的单片集成的开发与使用。二十世纪七十年代，我们把研究方向对准了新型滤波器的研究，逐渐扩大它的适用范围，与此同时提升他的性能。从二十世纪九十年代到现在，我国开发并发展各种各样的滤波器，其中尤其是有源高通滤波器。这种滤波器在五十年代末就已经在国内广泛的使用，那是主要用它来进行语音和报表的滤波，也就是从那时开始，我国的滤波器经过了半个多世纪的长时间发展，这使滤波器在应用、开发和生产等方面的技术都已经跟上国际的脚步。但是，由于目前仍缺乏专业的研究开发机构，综合技术和材料行业不能同步发展，国内许多新型滤波器的开发和应用逐渐落后于国际发展。
有源高通滤波器的功能是通过高频信号衰减、抑制低频信号，这项功能在现代电子、通信和自动化控制等领域得到了迅速发展，如果要实现国产电子品牌进入国际化市场，那么滤波器的发展对于我们来说就非常重要。随着电子工业的不断完善，对于滤波器的性能上的要求也逐渐变高，滤波器的功能也逐渐变得全面，因此，有必要朝着一体化的方向发展，我国滤波器在开发和生产的进程上远远不能满足人们的需求。为了减小这个差距，我国电子工程师和技术人员仍然需要不断努力研究，他们肩负着重大的历史责任。
第二章 有源高通滤波器
2.1滤波器概述
滤波电路的输入信号频率包括有必要的信号频率分量和不必要的信号频率分量，其中不必要的频率分量对电路的工作会有消极影响（比如高频干扰和噪音）。使用滤波器就是为了选择有用的信号频率分量，就是滤除无用的频率信号，顺利通过一部分有用的频率信号。滤波电路在无线通信、自动控制和电子测量等方面的应用十分广泛。
2.1.1滤波器的分类
根据电路是否含有有源器件，滤波电路可分为有源滤波电路和无源滤波电路。无源滤波电路由无源元件电阻、电容和电感组成。无源滤波器运行费用较低、运行可靠性较高、技术相对成熟、结构比较简单，但是无源滤波器通带内的信号有能量损失，没有放大能力，负载能力差，所以这种电路适用于大功率的、高频的、高压的环境。有源滤波器由放大器电路、无源元件电阻和电容组成。有源滤波器体积比较小、重量轻而且可以利用简单的方法构成高阶滤波器，缺点是需要直流电源供电，造价太高，与无源滤波器相比可靠性较差。有源滤波电路具有很强的放大能力且不受负载变化的影响，因此得到了广泛的应用，但它不能用于高压或大电流负载。由于运算放大器的带宽限制，很难在较高的频率下工作。目前，最大工作频率约为1MHz。
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