【精品】基于Pspice四阶带通滤波器的设计与实现毕业设计

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毕业论文目录 (1)

引言 (3)

1 OrCADPspice9.2简介 (4)

1.1 由来 (4)

1.2、PSpice的优越性 (5)

2、四阶带通滤波器 (6)

2.1 设计原理 (6)

2.1.1 带通滤波电路 (6)

2.1.2 四阶带通滤波器电路图 (12)

2.2 四阶带通滤波器电路仿真与分析 (13)

2.3 四阶带通滤波器的印制电路板设计 (19)

3 实际电路的验证 (22)

4 结束语 (26)

参考文献： (27)

1

全文共21 页4356 字毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：日期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

指导教师评阅书

评阅教师评阅书

1

教研室（或答辩小组）及教学系意见

1

2

基于Pspice四阶带通滤波器的设计与实现

摘要本论文是基于Pspice设计并实现有源带通滤波器，对有源带通滤波器的设计方法进行了详细的分析，实现了四阶巴特沃斯带通滤波器设计，用仿真软件Pspice对设计结果进行了仿真与分析，并将仿真结果与实际测量结果进行了对比分析。

关键词四阶带通滤波器；Pspice；仿真

Pspice-based fourth-order band-pass filter design and

implementation

Abstract This paper is designed and implemented based on Pspice active band-pass filter, band pass filter on the active design a detailed analysis, implementation of the fourth-order Butterworth band-pass filter design, design with simulation software Pspice the results of the simulation and analysis, and simulation results with actual measurements were compared.

Keywords Fourth-order band-pass filter; Pspice; simulation

引言

随着数字化进程的不断推进，数字滤波器越来越广泛的应用在各个领域之中。但是模拟滤波器凭借自身的优势仍然有很高的研究价值。所有数字系统的前端，一般需要一个对微弱信号预处理的部分；在抽样量化之前，还需要一个对信号最高频率进行限制的处理。这些都只能使用模拟滤波器。RC有源滤波器是模拟滤波器中最实用、应用范围最广泛的滤波器。其标准化电路的种类很少，仅使用及R、C元件，因此非常便于集成，这给推广应用带来革命性影响。因为不使用电感、特别是大型电感，也因为运放在性能的飞速提高的同时价格却一降再降，所以在成本方面有源滤波器已经变得比无源滤波

3

器还有优势。本文基于这一点介绍了两种常用RC有源滤波器的结构，以基于

实现巴特沃斯逼近的带通波器设计为例，完成了其设计过程，并利用电子仿

真软件Pspice进行了仿真

1 OrCADPspice9.2简介

1.1 由来

随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电板、集成电路版图等等都开始采用计算机辅助工具来加快设计效率，提高设计成功率。而大规模集成电路的发展，使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求. 所以采用计算机辅助设计来完成电路的设计已经势在必行。同时，微机以及适合于微机系统的电子设计自动化软件的迅速发展使得计算机辅助设计技术逐渐成为提高电子线路设计的速度和质量的不可缺少的重要工具。

在电路设计工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango软件，在当时这一软件被看作是多么的先进，因为在这以前没有人能像电脑那样快速、准确的画出电路图，制出电路板。如今，随着Windows9598及NT操作系统的出现，一些更方便、快捷的电路设计软件应运而生。如：Tango、Protel、OrCAD、PSpice、 VeriBest、、PAD2000 Electronics Workbench等。

PSpice是较早出现的EDA(Electronic Design Automatic,电路设计自动化)软件之一，也是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，1984年1月由美国Microsim公司首次推出。它是由Spice发展而来的面向PC机的通用电路模拟分析软件。

4

PSpice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。在国外，PSpice软件的使用非常流行。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路工具；在公司里，它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具。PSpice软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件、面包板、信号源、示波器和万用表。有了此软件就相当有了电路和电子学实验室。

1.2、PSpice的优越性

电路设计软件有很多，它们各有特色。如Protel和Tango，它对单层双层电路板的原理图及PCB图的开发设计很适合，而对于布线复杂，元件较多的四层及六层板来说OrCAD更有优势。但在电路系统仿真方面，PSpice可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台，PSpice软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。其主要优点有：

①、图形界面友好，易学易用，操作简单

由Dos版本的PSpice到Windows版本的PSpice，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。PSpice 6．0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。

②、实用性强，仿真效果好

5

在PSpice中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂

③、功能强大，集成度高

在PSpice内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间图”。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其他软件所无法比拟的。

2、四阶带通滤波器

2.1 设计原理

设低频段的截止频率F

H ,高频段的截止频率为F

L

，频率在F

H

和F

L

之间的信号

能够通过，低于F

H 和高于F

L

的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器。

2.1.1 带通滤波电路

将高通滤波器和低通滤波器串联，如图1，就可得到带通滤波器。其中高通

部分的截止频率为F

H ，低通部分的截止频率为F

L

，可知F

H

应小于F

L

，则通频带为

（F

L -F

H

）。

6

7

图1 四阶带通滤波器原理框图 其中高通和低通部分都采用的是由单个集成运放构成的二阶压控电压源滤波电路，而高通和低通电路都包括了RC 选频部分、放大器部分以及反馈部分。则带通滤波器电路原理图如图2 。

图2 四阶带通滤波器电路原理图

根据图2所示，首先对于高通部分，可知A1点的节点电流方程为：

8

9 RH

U U jwCH U U jwCH U U t A C A A in ---=-111111

RH U U jwCH U U jwCH U U t A C A A in -+-=-1111)()( ①

而C1点的节点电流方程为： RH

U jwCH U U C C A 1111=- )11(111jwCHRH

jwCHRH U U U C C A +=+= ②

同样的，可得出B1点的节点电流方程为：

111343up t t B A U RH RH RH U U ?=?+= ③ 在运算放大器是理想运放的情况下，其反向和正向输入端的净输入电压和净输入电流均可认为为零，即11B C U U = 。

联立式①、②、③，将②、③式代入①式中，则可得 jwCHRH U jwCHRH U U U U t A C A in -+-=1112

t C C C U jwCHRH

U jwCHRH jwCHRH U U jwCHRH 1)11(1)11(2111-++-+==t

C C C jwCHRH jwCHRH U jwCHRH U U 1)(32111-++ =jwCHRH

U A jwCHRH U A jwCHRH U A U t up t up t up t -?+?+1211)()(3

10 =

t up up U jwCHRH A A jwCHRH jwCHRH jwCHRH 2112)(13)(?-++

令jw s =，则可得到高通部分的传递函数为： 2121)()3(1)()(SRHCH SRHCH A SRHCH A S A up up u +-+?

=?高通

可知其中3411RH RH A up +=?为高通滤波部分的通带放大倍数 RHCH CH RH f H ππ21)()(21

2

2==为高通部分的截止频率 而?-=

1

131up A Q

同理，对于低通部分，A2点的节点电流方程为 RH

U U jwC U U jwCL U U O A C A A t ---=-222211

RL U U jwCL U U jwCL U U O A C A A t -+-=-2222)()( ④

而C2点的节点电流方程为： RL U jwCL

U U C C A 2221=- )11(222jwCLRL

jwCLRL U U U C C A +=+= ⑤

同样的，可得出B2点的节点电流方程为： 221343up O O B A U RL RL RL U U ?=?+= ⑥

11

同样可认为22B C U U =，

联立式④、⑤、⑥，将⑤、⑥式代入④式中，则可得 jwCLRL U jwCLRL U U U U O A C A t -+-=2222

O C C C U jwCLRL U jwCLRL jwCLRL U U jwCLRL 1)11(1)11(2222-++-+==t

C C C jwCLRL jwCLRL U jwCLRL U U 1)(32222-++ =jwCLRL

U A jwCLRL U A jwCLRL U A U O up O up O up O -?+?+2222)()(3 =

O up up U jwCLRL A A jwCLRL jwCLRL jwCLRL 222

2)(13)(?-++

可得到低通部分的传递函数为： 2222)()3(1)()(SRLCL SRLCL A SRLCL A S A up up u +-+?

=?低通 其中3412RL RL A up +=?为低通滤波部分的通带放大倍数 RLCL CL RL f L ππ21)()(21

2

2==为低通部分的截止频率 而?-=

2

31up A Q

因而带通滤波器的传递函数为 低通高通)()()(S A S A S A u u u ?=

12 =212

1)()3(1)(SRHCH SRHCH A SRHCH A up up +-+??

222

2)()3(1)(SRLCL SRLCL A SRLCL A up up +-+???

o

bw f f Q = 2.1.2 四阶带通滤波器电路图

根据设计原理，对元器件进行选择。

对低通部分而言，其截至角频

92210122)()(1

??===ππL L f CL RL w ⑦

取pF uF uF f CL L 101010106=== ⑧

为了使运放输入端电阻对地平衡，在求解电路参数时，还要外加一个等式 321RL RL RL =+RL4

⑨ 又 13

412=+=RL RL A up ,即RL3=RL4 ⑩ 联立⑦、⑧、⑨、⑩，解得 RL1=RL2≈11.3KHz;

RL3=RL4≈15.8KHz ，CL=10pF 。

同理可确定高通滤波器各个参数的值，即

RH1=RH2=3.183KHz, RH3=RH4=12.56KHz ，CH=0.01Uf 最终各参数值如图3所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9drq.html