摘要：本文介绍了一种实用的高Q值窄带带通滤波电路的设计方法，采用两级二阶双二次型带通滤波电路级联达到四阶带通滤波器，具有较为平坦的带内幅度以及较大的带外衰减，详细介绍了该滤波器的设计步骤及阻容元器件的参数计算，并对设计出的滤波器进行Matlab仿真计算以及实物实验室测试，最终制造出一款达到设计预期要求的高性能的有源带通滤波器。连续铸造机
关键词：高Q值，窄带带通滤波器，双二次 0引言 滤波器是信号处理的重要单元，在现代电子技术中得到了广泛的应用。常见的有源带通滤波器有无限增益多路反馈电路（MFB）和压控电压源电路（VCVS），但由于运放的开环增益、输入输出阻抗不可能是理想情况，这两种电路的Q值收到很大的限制，一般在10左右[1]。若通过增加运放级数构成多级反馈增加Q值，则电路稳定性、线性度明显变差，并且当Q值确定后，电路的中心频率和增益将很难再做独立调节。高Q值带通滤波电路，工程上应用较多的是双T型带通滤波电路，但其带内幅度不够平坦，且一般应用于选频电路[2]。针对这一现象，本文着重介绍了一种实用的高Q值窄带带通滤波电路的设计方 法，并通过仿真与实验室实物测试，制造出一款达到设计预期要求的高性能的有源带通滤波器。
1设计方案
本文介绍的带通滤波器主要技术指标为：（1）通频带328kHz--332kHz；（2）通带内幅度平坦且通带内增益为0dB；（3）带外衰减不小于-70dB/倍频程。
有源滤波器常用的结构形式有巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、贝塞尔和椭圆函数等，有源滤波器的阶数越高，其幅频特性越优，但增高阶数伴随而来的是电路复杂，造价昂贵。因此，设计的主要任务之一是在满足给定技术指标的前提下选取具有最低阶数的滤波器结构[3]。
根据需要设计的带通滤波器的技术指标，本文选用了巴特沃斯双二次型带通滤波器，采用两级二阶双二次型带通滤波电路级联达到四阶带通滤波器，来满足通频带、带内平坦幅度和带外衰减的要求。
2电路设计
如图1所示为二阶双二次型带通滤波器电路图。
图1二阶双二次型带通滤波器电路图
其传递函数为
根据巴特沃斯参数及其传递函数计算各阻容值如下：
;;;;
式中，，，。其中，为放大倍数，其中。
热流道热电偶 从上述两式可以看出，当固定、不变，改变可调节中心频率，改变可调节值，改变可调节放大倍数。从这可以看出双二次型带通滤波器非常利于实验室调试[4]。
为简化算法，将滤波器的放大倍数取为1，即。同时将图1中与取相同阻值，与取相同容值（即），得到如下公式：
;;
选取合适的电容值，再根据滤波器的设计指标得到Q值和，即可算出、、、的电阻值。
3仿真计算及实物实验室测试
使用Matlab运用其传递函数进行双二次型带通滤波器仿真，单级二阶双二次滤波器仿
真程序如下：
close all;
Clear all;
Clear;
f0=330e3； %中心频率330k
C1=10/f0*1e-6; %C1的经验值算法，一般在这个值附近选择
C2=C1;
B=4000; %带宽4k
Q=f0/B;
R1=Q/(2*pi*f0*C1);
R2=R1;
R3=1/(2*pi*f0*C1);
R4=R3;
f=165000:100:660000; %横坐标频率的范围和刻度值
w=2*pi*f
S=j*w;
HS1=1/(R1*C1)*S;
HS2=S.^2+S*1/(R2*C1)+1/(C2*C1*R4*R3);
HS_1=HS1./HS2; %传递函数
HW_1_max=max(abs(HS_1));
HW_1=20log10(abs(HS_1)/HW_1_max); %归一化幅度
figure(1);
Plot(f,HW_1,’r’);grid on;title(‘幅频响应’);xlabel(‘频率’)；ylabel(‘归一化幅度’)
对其进行仿真得到二阶双二次滤波器幅频特性曲线图（蓝）和四阶双二次带通滤波器幅频特性曲线（红）如图2所示。其局部-3dB带宽放大图如图3所示。医用手套
从图2和图3可以看出，二阶双二次带通滤波的带外衰减只能达到41.85dB/倍频程，四阶双二次带通滤波的带外衰减能达到77.66dB/倍频程，且四阶双二次带通滤波器的带内幅度平坦相对较好，所以本次设计采用四阶双二次带通滤波器实现，满足技术指标要求。
图2带通滤波器幅频特性曲线图 图3局部-3dB带宽放大图
动物胶配方整个过程 图4四阶双二次带通滤波器电路实物应用
计算各级带通滤波器的各项参数，其结果如下：
；
；
最终实现通频带为328k--332k，带内幅度平坦且增益为0dB，带外衰减不小于70dB/倍频程的技术指标要求。
图4为四阶双二次带通滤波器实物应用（包含四路滤波电路），根据实验室调试结果，微调R3调节中心频率至330k，微调R2调节Q值至需求值，微调R1调节放大倍数K至1，可实现完全满足设计指标的高Q值窄带滤波器。
4结束语
本文设计的高Q值窄带滤波电路理论仿真与实际测试电路结果表明各项指标均能满足设计要求，频带内的选择性良好，具有较好的稳定性，是一款合格的高Q值窄带带通滤波器，验证了设计的可行性。同时，本设计对于不同的频段的高Q值窄带滤波电路有一定的通用性。
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参考文献
[1]杨雪郁，朱力力.一种高Q可调参数带通滤波电路.自动化与仪器仪表.2010.
[2]李明勇，魏爱娟，兰江.一种高Q值单频水声信号放大提取电路的设计.数字海洋与水下攻防第1卷第2期.2018.
[3]林春方.一种高性能的双二次型有源带通滤波器的研制.皖西学院学报.2006.
啉 [4](美)D.E.约翰逊，J.R.约翰逊，H.P.穆尔.有源滤波器精确设计手册（李国荣译）.电子工业出版社.1984.
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