新疆大学电子技术基础A 有源高通滤波器的设计
新疆大学
课程设计（实训）报告
所属院系：电气工程学院
专业：电气工程及其自动化课程名称：电子技术基础A
设计题目：有源高通滤波器的设计班级：电气11-2班
学生学号：20112101421
学生姓名：艾科拜尔江·艾海提指导老师: 王红琳、刘兵
完成日期：2014年6月19日
有源高通滤波器的设计
一．引言
1.软件介绍
Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯.
Microsoft Office 2003 是微软公司针对 Windows 操作系统所推出的办公室套装软件. 它有助于 IT 和商务专业人员轻松地可视化、分析和交流复杂信息。它能够将难以理解的复杂文本和表格转换为一目了然的 Visio 图表, 可以促进对系统和流程的了解，深入了解复杂信息并利用这些知识做出更好的业务决策.
2.软件运用
利用multisim10.01软件可以对所设计的电路进行理想情况和实际情况下的仿真，以达到不用在实验室测数据即可得到设计数据的目的。
利用visio软件可以绘制所需的电路图、分析图和原理图。
二.课程设计的目的和要求
1、学习RC有源滤波器的设计方法.
2、由滤波器设计指标计算电路元件参数.
3、设计二阶RC有源滤波器.
4、掌握有源滤波器的测试方法.
5、测量有源滤波器的幅频特性.
6、利用visio软件绘制出相应的原理图、电路图以及相应的分析图。利用Multisim10.01软件对设计的电路进行仿真，得出仿真数据。
三、原理、设计、结果、分析
原理:
高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。一个滤波器滤除一个复杂信号中不想要的低频成份同时让高频信号通过是很有用的（当然，‘低’和‘高’频率的含义是相对于滤波器设计者所选择的截止频率而言的），这样的滤波器能够把高频率的声音引导至专用高音喇叭(tweeter),并阻止可能干扰或者损害喇叭的低音信号。使用线圈而不是电容的低
通滤波器也可以同时把低频信号引导至低音喇叭(woofer)。高通滤波器也用于数字图像处理中在频域中进行变换。
二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。如果将二阶有源低通滤波电路中的R和C位置互换，则可得到有源高通滤波器.高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为使用压控电压源设计二阶高通滤波器。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,
设计:根据上章滤波器基本原理的介绍，分析了其基本组成部分，据此可得出基本框图，如图所示：
有源高通滤波器的原理图
首先输入信号接入电路，通过滤波电路进行滤波，滤除截止频率以外的信号。然后通过集成运放电路，实现信号放大。为了保证集成运放工作在线性区和稳定输出电压，电路中引入了反馈电路。最后系统输出滤波后的信号。
设计方案:
二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控
电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点.
用压控电压源设计二阶高通滤波电路
方案：用压控电压源设计二阶高通滤波电路
与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3
4
1R R Aup +
= Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数
截止频率：
品质因数:
电路图如下所示：
RC
f π210=
up
31A Q -=
压控电压源二阶高通滤波器
31C C A uo -
==5 2
32121C C R R fc π==100Hz 令R3=1K Ω 解得
4R =2K Ω 1R =4K Ω 2R =3 K Ω
C=0.01 uf
元件
二阶高通滤波器电路的电路仿真
压控电压源设计二阶高通滤波电路
·
二阶高通滤波器的电路图和幅频特性曲
有源高通滤波器的应用
在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波
器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以，对有源高通滤波器的研究和生产历来为各国重视。可以说，一个国家的滤波器技术代表着一个国家的电子设备制造水平。研究滤波器，具有重大意义。
我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能需求也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员负有重大的历史责任。
结论结论与心得
1、由实验可知，当频率f为通带截止频率fp时，输出电压 Uo约为最大输
出电压的0、707倍，即︱Au︱≈0.707︱AuP︱。
2、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于 fp的信号，我们可把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。
3、实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo 时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。
对本设计优缺点的分析
本次课程设计我们主要根据要求中的提示，首先确定了各个部位元件的类型，在充分分析和掌握了滤波电路的工作原理进行了认真仔细的计算和公式的推倒，最终掌握了具有一般性的相关公式，当然，在公式的验算中为了简化公式，我们也采取了一些小技巧，在确定满足课题要求的情况下，我们令电容相等，从而大大简化了计算过程，但是在设计的诸多方面（电路的稳定性，参数选择的优越性，电路的调试等）存在不足之处。