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巴特沃思低通滤波器设计报告 指导教师：吴贵能 学院：国际半导体学院 专业：微电子 班级：1 6 1 1 20 1 姓名：徐海峰 学号：2012215117 一、实验内容： 设计一个巴特沃思低通滤波器，要求：截止频率fc=100Hz,止带 fs=300Hz ,袞减量 As〉50dB。 参数计算: 2.1、巴特沃思低通滤波器的阶数N估算： f 3 0 0 由截止频率fc比止带频率fa可得： Q s = -^= i 0 0 = 3 则滤波器阶数N为：N—A-—N为整数，所以取N为 201og Qs 201og3 6 ,即为六阶巴特沃思低通滤波器。 2.2、传递函数: 采用三个二阶巴特沃思构成一个六阶巴特沃思低通滤波器，屮教材《集 成电路原理及应用》P180页表6-2-1,可得六阶巴特沃思传输函数为： G(S)=G01G()2g G(S)= G01 G()2 g03 S? +0.518S, +1S? +1.414S, +1S? +1.932S, +1 A A A A A A 式中GOi表示各级增益。 2.3、各级R、C值： 第一级选取如图1所示电路，由fc=100=l八2piRC),取C=0. luF,得R=16K, 由(1=0. 518,得 Goi=3-$ =2. 482, Rfi/Rf2= Goi - 1 =1. 482,取 Rf2 =10K, 则 Rfl =14. 28K 同理可得第二级、第三级参数。第二、三级R、C,只是G02、G03各不 相同，显然： Go2=3- =3-1.414=1.576=1+0. 576 Go3=3- =3-1.932=1.062=1+0. 062 取 Rf22 =1K,则 Rfi2=0. 576K,取 Rf23=0. 5K,则 Rfi3=0. 124K。于是得到三级 二阶低通滤波器的参数，理论上说，三级级联的顺序无关，但通常将g较小 的放在最后。由上述可得电路如图2所示。 图2 三、电路装配： 3.1仿真工具： PC、0RCAD9. 2。 3.2运放选型及参数： 选取LM358作为滤波器的核心运放，其具有以下特点： ①内部频率补偿；②直流电压培益高(约100dB);③单位增益频带宽 (约1MHz);④电源电压范围宽：单电源(3—30V)、双电源(±1.5 — ±15V) 低功耗电流，适合于电池供电；⑤LM358低输入偏流、低输入失调电压和失 调电流；⑥共模输入电压范岡宽，包括接地；⑦差模输入电压范岡宽，等于 电源电压范围；⑧输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)。 3. 3原理图: 7-15Vdc阁3 7- 15Vdc 阁3 四、仿真分析： 四、仿真分析： 4.1波特图： 图5 由上图4、图5可得该滤波器通频带增益为13. 596dB； 由图4可得截止频率fc=100Hz处增益为10. 512dB,衰减了 3. 0836dB； 由图5可得止带频率fs=300Hz处增益为-43. 392dB,衰减了 56. 988dB。 所存满足设计要求在此处衰减量As〉50dB。 4. 2疑点分析： 问题：为何频率在20Khz以后会出现增益上升，然后趋于稳定? 猜测：由于运放LM358的带宽限制。 五、心得体会： 虽然这次实验只有短短的4次课，但在老师的细心讲解以及参考教材第 6章PPT，我初步掌握了巴特沃思低通滤波器设计思路和方法，学会了使用 oread仿真软件进行仿真，也通过0己的思考克服设计过程中的种种困难， 我收获颇丰。原来对理论知识理解不足导致在仿真过程中出现很多闷题，例 如品质冈素Q和传递函数等不知如何去算，不知道电阻值的改变会对图形产 生那些影响等，在尝试改变电附时也时刻看图形的改变，这使得原来死板的 公式变得有血有肉起来，同时也加强了对公式的理解。对现冇知识还是不能 很好的解决仿真中的问题。特别是对软件的应用上，非常不熟练。在去过多 次图书馆，翻阅相关书籍我对软件的应用冰冇了初步了解。这次实践我认识 到想要把知识实际运用还用很松路要走，同时理论知识是实际应用的基础， 只有扎实的理论知识才能对实践应用提供可靠，强大的支持。