基于Pspice的模擬帶通濾波電路設計與實現

摘 要：在模擬電路設計中，經常用到帶通濾波電路。文章對常用的不同類型模擬帶通濾波電路進行了分析和Pspice仿真，在此基礎上設計了帶通濾波電路并進行了試驗測試。測試驗證了仿真的正確性，為相關設計提供參考。

關鍵詞：模擬帶通濾波；Pspice仿真；電路設計

1 概述

濾波電路的種類很多，根據濾波電路所處理信號的不同，主要分為模擬濾波電路和數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、輸出信號均為模擬信號；數字濾波電路是具有一定的傳輸選擇特性的數字信號處理裝置，其輸入和輸出均為數字信號。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字濾波電路在設計與實現上有很大差異，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，當前者的截止頻率大于后者的截止頻率時構成帶通濾波電路。

無源帶通濾波電路組成簡單，但過渡帶相對較寬，且通帶帶寬隨負載變化而變化，因此主要應用于對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，其過渡帶相對較窄，且通帶帶寬不隨負載變化而保持不變，更加有利于電路設計。

圖2給出了二階壓控電壓源帶通濾波電路的基本構成。其中，A為運算放大器。在選擇運算放大器時，首先要保證響應帶寬覆蓋信號頻率，其次優選噪聲低的。

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和運算放大器A構成，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構成的選頻網絡和運算放大器A一起構成的一種新型帶通濾波電路在某些應用中具有優勢[2]。LC選頻電路，信號頻率較低時，電容的容抗很大，LC選頻網絡呈感性；在信號頻率較高時，電感的感抗很大，LC選頻網絡呈容性；當f=fo時，網絡呈純阻性，且理想狀態下阻抗無窮大。

3 Pspice電路仿真與設計

在試驗中需對一混有干擾噪聲的模擬信號進行提取。已知該模擬信號中有用信號為單一頻率100kHz的正弦波信號，因此采用中心頻率為100kHz的帶通濾波電路設計。為了選擇電路特性更好的濾波電路，對幾種常用的帶通濾波電路做了電路仿真設計和參數選取，并逐一進行了Pspice頻率掃描幅頻響應仿真對比。

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仿真圖分別如圖9和圖10所示。

3.4 LC選頻網絡濾波電路

仿真電路圖和頻率掃描幅頻響應仿真圖分別如圖11和圖12所示。

通過對比圖6、圖8、圖10、圖12的幅頻響應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選頻網絡濾波電路過渡帶最窄[3]，更適合單一頻點選頻濾波。結合設計需求，采用LC選頻網絡濾波電路進行設計。

4 電路性能測試

對實驗電路板性能進行測試。測試時，在帶通濾波電路輸入端注入頻率為f的可調正弦波信號，且信號峰峰值保持不變。測試帶通濾波電路輸出端信號峰峰值，記錄如表1中。

通過對測試數據分析，滿足設計要求。

5 結束語

文章借助Pspice完成了模擬帶通濾波電路的仿真。依據仿真結果，優選出滿足試驗需求的設計方案，并實測驗證了設計的正確性，為其它相關設計提供了參考。

參考文獻

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

[2]Wasim Angaa，傅華明.有源濾波電路設計總結[J].電子技術，2010，6.

[3]王勇，盧中華.帶LC帶通濾波器的設計與實現[J].艦船電子對抗，2011，34（4）；115-117.