四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真.docx

四阶巴特沃兹低通滤波器的设计与仿真.电路工作原理1.电路用途滤波器是一种能使有用信号频率通过，同时抑制无用频率成分的电路，广泛应用于电子、 电气、通信、计算机等领域的信号处理电路中。滤波器的种类很多，本电路是一个四阶巴特 沃兹型低通滤波器，其截止频率为1khz，增益为2.6.2.电路图四阶巴特沃兹低通滤波器3.工作原理高阶低通滤波器通常可由一阶，二阶低通滤波器组成，这样可以改善低通滤波器的频率 特性，如要求低通滤波器的阻带特性下降速率大于l-40db/10octl时，则必须采用高阶低通滤 波器。因此本电路中欲设计一个四阶巴特沃兹低通滤波器，可用两个二阶巴特沃兹低通滤波 器构成。其具体设计步骤如下：先设计四阶巴特沃兹低通滤波器的传递函数，用两个二阶巴特沃兹低通滤波器构成一个 四阶巴特沃兹低通滤波器，其传递函数为G (s ) = %*%-(1)4 入S2 +& S +1 S2 +5 S +1入 1入入 2入为了简化计算，假设在所选择的二阶巴特沃兹低通滤波器中，其参数满足如下条件：q = C2 = C, R = R2 = R由 f =c L，选取 C=0.1uf，可算得 R=1.6KQ。c 2兀 RC由表查得四阶巴特沃兹低通滤波器的两个阻尼系数分别为51 = 0.765,§ =1.848，由此可算得两个零频增益分别为G = 3-& = 3 - 0.765 = 2.235G2 = 3-§ = 3 -1.848 = 1.152则式(1)的传递函数可写为G (s )=2空 *投524 入S2 + 0.765 s入 +1 S2 +1.848s入 +1可选用两个巴特沃兹低通滤波器级联组成。其中，第一级增益为RG01 = 1 + R1 = 2.235 = 1 +1.235i1若选取 Rf 1 = 12.35 KQ，则 R.=10K。同理，第二级增益为：G = 1 + M = 1.152 = 1 + 0.15202 R i 2若选取 Rf 2 = 15.2KQ，则 R2 = 100K。这样即可得到一个四阶巴特沃兹型低通滤波器。二. 仿真工具软件简介ORCAD简介：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界 上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件 而言，它的功能也是最强大的。Cadence公司在1999年与ORCAD公司合并后，更成为世 界上更强大的开发EDA软件的公司，它最新的产品工作于WINDOWS95与WINDOWSNT 环境下，集成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电 路仿真的元器件库更达到了 8500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。ORCAD Capture作为设计输入工具，它运行在PC平台，用于FPGA、PCB和PSPICE 设计应用中。它是业界第一个真正基于Windows环境的原理图输入程序。Capture易于使用 的功能和特点使其已经成为了原理图输入的工业标准。PSPICE A/D : PSPICE是一个全功能的模拟与混合信号仿真器，它支持从高频系统到 低功耗IC设计的电路设计。PSPICE的仿真工具已和ORCAD Capture及Concept HDL电路 编辑工具整合在一起，让工程师方便地在单一的环境里建立设计、控制模拟及得到结果。三. 仿真结果分析及讨论仿真结果:Frequency图1:电压与频率的关系Frequency图2：增益与频率的关系由仿真结果可以看出：图1中：在输入幅值为1V的信号源时，输出电压约为2.6V，则其增益约为2.6，当增 益下降到其0.707倍，即2.6*0.707=1.84V，在1.84V处可看出其截止频率约为1KHz，与设 计要求基本相符。图2中：从该仿真结果可看出其增益为2.6,当增益下降到其0.707倍，即2.6*0.707=1.84 时，其截止频率约为738Hz，在误差允许范围内，与设计要求基本相符。