RC有源滤波器的优化设计

摘要

RC有源滤波器（其电路由电阻、电容及运算放大器构成）是一种允许一些频率通过，而对其它频率成份加以抑制的网络，它在通信、信号处理、仪器仪表、自动控制等领域中有着十分广泛的应用。作为集成电路的重要组成单元，RC有源滤波器的电路优化设计方法具有重要的参考价值和实际应用价值。经几十年发展，RC有源滤波器的电路结构已相当成熟，其电路设计的重难点是如何优化电路的R、C参数。传统的的先确定电阻阻值再匹配电容的做法，其计算相对简单但却给电容参数的选择带来了很大的挑战，或者是其实现的电路简单，但其幅频特性或系统稳定性得不到保障。现代人们采用各种寻优算法并借助计算机进行的R、C参数选择的方法，所得阻容参数值几乎都不在电阻电容系列值中，这同样给硬件调试带来了很大的困难。
　　为此，本文在系统地归纳总结了国内外RC有源滤波器研究现状和发展动态的基础上，通过深入研究探讨RC有源滤波器的设计方法，给出了一种电容参数选择的最优方法，对RC有源滤波器进行优化设计，并用电路仿真软件Mutisiml2进行了仿真验证，其结果表明，此优化电容参数方法设计出的滤波器具有幅频特性良好、系统稳定可靠等优点，最重要是电容参数的优化给实际电路带来了很大的优化，极大的方便了电路的调试。本文的主要工作有:
　　1.从典型的二阶滤波电路传递函数分析着手，运用数学推理计算方法对其阻尼系数及电路增益进行了深入的研究与讨论，给出了两电容参数易选择的二阶滤波器的优化设计过程及电路原理，并对优化的电路进行了仿真分析，结果表明优化设计的二阶滤波系统稳定可靠，且具有良好的幅频特性。
　　2.对低通到高通滤波器间的频率变换进行了研究与探讨，通过对四阶低通滤波器电路进行技术优化处理，从而提出了四阶高通滤波器的优化设计，理论与仿真实践都证明了此方法切实可行。
　　3.为克服高阶滤波网络中RC参数选择困难的缺陷，通过深入研究探讨高阶RC有源滤波器的设计方法，以优化设计二阶滤波器的方法为基础，把方法推广到高阶，并借助Matlab软件进行数据处理，从而给出了电容参数最优化的方法进行高阶滤波器的优化设计。同时文中分别给出了两款高阶（低通与高通）巴特沃斯滤波器优化设计实例，其仿真结果良好（具有在良好的幅频特性的同时其系统稳定可靠），验证了方法的正确性及实用性，使滤波器的调试工作向前迈出了一大步。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 滤波器的发展历程及研究现状

1．3 本文主要研究内容及创新点

2 滤波器设计概述

2．1 滤波器概述

2．1．1 数字滤波器与模拟滤波器

2．1．2 无源滤波器与有源滤波器

2．1．3 滤波器的频率选择通过性

2．2 滤波器的主要设计指标与传递函数

2．3 滤波器的逼近理论

2．4 基于频率变换的各类滤波器设计

2．5 RC有源滤波器设计中元器件的选择

3 RC有源低通滤波器的优化设计

3．1 二阶低通滤波器的优化设计

3．1．1 设计实例与仿真

3．2 高阶低通滤波器的优化设计

3．2．1 改进型高阶滤波器设计方法

3．2．2 六阶巴特沃斯滤波器的优化设计

3．2．3 仿真结果与分析

4 RC有源高通滤波器的优化设计

4．1 四阶高通滤波器的优化设计

4．1．1 四阶低通滤波器的实现

4．1．2 四阶低通到高通之间的变换

4．1．3 设计实例与仿真

4．2 高阶高通滤波器的优化设计

4．2．1 二阶高通滤波节设计

4．2．2 高阶高通滤波器的优化设计

5 结束语

参考文献

攻读学位论文期间的研究成果

致谢

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