基于Pspice的模擬帶通濾波電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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源和有源兩大類。圖1給出了基本無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。

無源帶通濾波電路組成簡(jiǎn)單，但過渡帶相對(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：一階的無源帶通濾波電路過渡帶最寬；二階的壓控電壓源帶通濾波電路、雙T型帶通濾波電路過渡帶明顯較窄；LC選頻網(wǎng)絡(luò)濾波電路過渡帶最窄[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。

通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

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)

[1]童詩白，華成英.擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]Wasim Angaa，傅華明.有源濾波電路設(shè)計(jì)總結(jié)[J].電子技術(shù)，2010，6.

[3]王勇，盧中華.帶LC帶通濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].艦船電子對(duì)抗，2011，34（4）；115-117.