摘 要:在模擬電路設(shè)計(jì)中,經(jīng)常用到帶通濾波電路。文章對(duì)常用的不同類型模擬帶通濾波電路進(jìn)行了分析和Pspice仿真,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了帶通濾波電路并進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試驗(yàn)證了仿真的正確性,為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞:模擬帶通濾波;Pspice仿真;電路設(shè)計(jì)
1 概述
濾波電路的種類很多,根據(jù)濾波電路所處理信號(hào)的不同,主要分為模擬濾波電路和數(shù)字濾波電路兩種形式。模擬濾波電路是指它所處理的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)均為模擬信號(hào);數(shù)字濾波電路是具有一定的傳輸選擇特性的數(shù)字信號(hào)處理裝置,其輸入和輸出均為數(shù)字信號(hào)。從功能上分類,濾波電路可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波電路。由于模擬濾波電路與數(shù)字濾波電路在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上有很大差異,文章只討論模擬帶通濾波電路。
2 常用模擬帶通濾波電路
常用模擬帶通濾波電路主要分為無(wú)源和有源兩大類。圖1給出了基本無(wú)源帶通濾波電路的構(gòu)成,其中R1和C1組成低通濾波電路,R2和C2組成高通濾波電路,當(dāng)前者的截止頻率大于后者的截止頻率時(shí)構(gòu)成帶通濾波電路。
無(wú)源帶通濾波電路組成簡(jiǎn)單,但過(guò)渡帶相對(duì)較寬,且通帶帶寬隨負(fù)載變化而變化,因此主要應(yīng)用于對(duì)濾波性能要求不高的電路中。
有源帶通濾波電路常見的有二階壓控電壓源帶通濾波電路、雙T型帶通濾波電路等[1]。相比一階濾波電路,其過(guò)渡帶相對(duì)較窄,且通帶帶寬不隨負(fù)載變化而保持不變,更加有利于電路設(shè)計(jì)。
圖2給出了二階壓控電壓源帶通濾波電路的基本構(gòu)成。其中,A為運(yùn)算放大器。在選擇運(yùn)算放大器時(shí),首先要保證響應(yīng)帶寬覆蓋信號(hào)頻率,其次優(yōu)選噪聲低的。
雙T型帶通濾波電路也是常見的一種帶通濾波電路,如圖3所示。其主要有R1、R2、R3、C1、C2、C3和運(yùn)算放大器A構(gòu)成,因電路形式酷似雙“T”,故稱為雙T型帶通濾波電路。
如圖4所示,由L、C構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器A一起構(gòu)成的一種新型帶通濾波電路在某些應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)[2]。LC選頻電路,信號(hào)頻率較低時(shí),電容的容抗很大,LC選頻網(wǎng)絡(luò)呈感性;在信號(hào)頻率較高時(shí),電感的感抗很大,LC選頻網(wǎng)絡(luò)呈容性;當(dāng)f=fo時(shí),網(wǎng)絡(luò)呈純阻性,且理想狀態(tài)下阻抗無(wú)窮大。
3 Pspice電路仿真與設(shè)計(jì)
在試驗(yàn)中需對(duì)一混有干擾噪聲的模擬信號(hào)進(jìn)行提取。已知該模擬信號(hào)中有用信號(hào)為單一頻率100kHz的正弦波信號(hào),因此采用中心頻率為100kHz的帶通濾波電路設(shè)計(jì)。為了選擇電路特性更好的濾波電路,對(duì)幾種常用的帶通濾波電路做了電路仿真設(shè)計(jì)和參數(shù)選取,并逐一進(jìn)行了Pspice頻率掃描幅頻響應(yīng)仿真對(duì)比。
3.1 無(wú)源帶通濾波電路
仿真電路圖和頻率掃描幅頻響應(yīng)仿真圖分別如圖5和圖6所示。
3.2 二階壓控電壓源帶通濾波電路
仿真電路圖和頻率掃描幅頻響應(yīng)仿真圖分別如圖7和圖8所示。
3.3 雙T型帶通濾波電路
仿真電路圖和頻率掃描幅頻響應(yīng)仿真圖分別如圖9和圖10所示。
3.4 LC選頻網(wǎng)絡(luò)濾波電路
仿真電路圖和頻率掃描幅頻響應(yīng)仿真圖分別如圖11和圖12所示。
通過(guò)對(duì)比圖6、圖8、圖10、圖12的幅頻響應(yīng)仿真曲線圖可以看出:一階的無(wú)源帶通濾波電路過(guò)渡帶最寬;二階的壓控電壓源帶通濾波電路、雙T型帶通濾波電路過(guò)渡帶明顯較窄;LC選頻網(wǎng)絡(luò)濾波電路過(guò)渡帶最窄[3],更適合單一頻點(diǎn)選頻濾波。結(jié)合設(shè)計(jì)需求,采用LC選頻網(wǎng)絡(luò)濾波電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4 電路性能測(cè)試
對(duì)實(shí)驗(yàn)電路板性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí),在帶通濾波電路輸入端注入頻率為f的可調(diào)正弦波信號(hào),且信號(hào)峰峰值保持不變。測(cè)試帶通濾波電路輸出端信號(hào)峰峰值,記錄如表1中。
通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析,滿足設(shè)計(jì)要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
文章借助Pspice完成了模擬帶通濾波電路的仿真。依據(jù)仿真結(jié)果,優(yōu)選出滿足試驗(yàn)需求的設(shè)計(jì)方案,并實(shí)測(cè)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性,為其它相關(guān)設(shè)計(jì)提供了參考。
參考文獻(xiàn)
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