实验报告3基于正反馈结构的带通滤波器的设计.doc

《现代电路理论与设计》课程实验报告实验名称：基于正反馈结构的带通滤波器的设计实验日期：班级：姓名：学号：指导老师：评分：一、实验目的：1、通过实验学习Pspice的基本应用。2、了解Sallen-Key带通滤波器的原理，并成功仿真，得到较好波形。3、掌握一定的分析结果能力。二、实验内容（含实验原理介绍）：1、设计一个ωp=10000rad/s，的Sallen-Key带通滤波器。2、Sallen-Key带通滤波器的原理(1)带通滤波器的结构基于正反馈的带通滤波器是有正反馈网络和RC网络构成，其结构图如图1（a）和（b）：ARC+ViVor2=(k-1)r1r14321VNVp1322’’2’图1（a）正反馈网络（b）RC网络+-∞+ViRa+VoR2R1C1C2R3Rb①②与低通滤波器的正反馈相同，为了保证使运算放大器工作在线性状态，在运算放大器的负端引入一个负反馈。图1（b）RC网络通过一个串联电容来获得低频时的衰减，用一个并联电容来获得高频时的衰减，以实现带通函数性质。由此构成的完整的基于正反馈的带通滤波器的结构图如图2：图2Sallen-Key带通滤波器（2）转移函数设有RaRb组成的同相放大器的增益为K，，对电路列写节点方程：电路的转移函数为：（3）灵敏度的计算根据灵敏度的计算公式，求得ωp和Q的灵敏度为：三、实验过程（包括理论计算，软件仿真等步骤）：1、理论计算（1）推导和的计算公式将带通滤波器电路的转移函数与标准的带通滤波函数相比较得：（式1）（式2）（式3）从上面的式子可以看出，有六个未知数要满足式1和式2。因此，可以指定其中的四个未知数。即令，并且。（2）则根据式1，计算R的值:（3）根据Q的值以及K的关系式导出和的关系：这里取。（4）计算增益H02、用Pspice软件进行仿真及分析在Pspice软件中新建空白文档，并且把原理图画好。Sallen-Key带通滤波器在Pspice中的原理图如下：图3四、实验结果分析（仿真结果分析和实验总结）：（1）按照上述计算的数值对元件的参数进行设置，并观察其幅频特性。如下图：其中，图4从上图中可以看出，其中心频率fp=1.5849KHz,即与要求设计的值相差无几，符合要求。并且可从图中读出其下限截至频率fc1和上限截止频率fc2分别为824.39Hz和3.0926KHz。换算成弧度单位下的分别为、，带宽而理论计算的带宽为，与仿真出的带宽值非常接近。一般理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，并且在通带外的所有频率应该被完全衰减掉。实际上，并不存在理想的滤波器，通常滤波器的设计应该尽量的逼近理想的情况。下面根据计算出的灵敏度对各个参数进行参数扫描，以得到更佳的仿真效果。（2）对元件进行参数扫描分析①对中心频率进行调整根据计算出的灵敏度以及的导出式可以看到对中心频率有直接的影响，故分别对这三个参数进行参数扫描分析：对C1进行分析，保持其他值不变即，。设置C1从1nF到10nF，步长为1nF，通过参数扫描分析得到与C1的关系如图5所示，可见中心频率随着C1的变化非常明显。图上的曲线最左边的为C1为10nF时的曲线。图5不同C1值下的传输曲线对C2进行分析，保持其他值不变即，。设置C2从1nF到10nF，步长为1nF，通过参数扫描分析得到与C2的关系如图6所示，图上的曲线最左边的为C2为10nF时的曲线。图6不同C2值下的传输曲线对进行分析，与前两个一样保持，不变，设置R3从到，步长为。通过参数扫描分析得到与R3的关系如图7所示，图上的曲线最左边的为R3为141K时的曲线。图7不同R3值下的传输曲线从以上三个图中可以看出，中心频率的值分别是随着的增大而减小，又一次验证了灵敏度的正确性即当灵敏度为负值时，电路的性能将随着其相应元件值的变化进行相反的变化。从图中也可以看出在该