基于Pspice的模拟带通滤波电路设计与实现

摘 要：在模拟电路设计中，经常用到带通滤波电路。文章对常用的不同类型模拟带通滤波电路进行了分析和Pspice仿真，在此基础上设计了带通滤波电路并进行了试验测试。测试验证了仿真的正确性，为相关设计提供参考。

关键词：模拟带通滤波；Pspice仿真；电路设计

1 概述

滤波电路的种类很多，根据滤波电路所处理信号的不同，主要分为模拟滤波电路和数字滤波电路两种形式。模拟滤波电路是指它所处理的输入信号、输出信号均为模拟信号；数字滤波电路是具有一定的传输选择特性的数字信号处理装置，其输入和输出均为数字信号。从功能上分类，滤波电路可分为低通、高通、带通和带阻滤波电路。由于模拟滤波电路与数字滤波电路在设计与实现上有很大差异，文章只讨论模拟带通滤波电路。

2 常用模拟带通滤波电路

常用模拟带通滤波电路主要分为无源和有源两大类。图1给出了基本无源带通滤波电路的构成，其中R1和C1组成低通滤波电路，R2和C2组成高通滤波电路，当前者的截止频率大于后者的截止频率时构成带通滤波电路。

无源带通滤波电路组成简单，但过渡带相对较宽，且通带带宽随负载变化而变化，因此主要应用于对滤波性能要求不高的电路中。

有源带通滤波电路常见的有二阶压控电压源带通滤波电路、双T型带通滤波电路等[1]。相比一阶滤波电路，其过渡带相对较窄，且通带带宽不随负载变化而保持不变，更加有利于电路设计。

图2给出了二阶压控电压源带通滤波电路的基本构成。其中，A为运算放大器。在选择运算放大器时，首先要保证响应带宽覆盖信号频率，其次优选噪声低的。

双T型带通滤波电路也是常见的一种带通滤波电路，如图3所示。其主要有R1、R2、R3、C1、C2、C3和运算放大器A构成，因电路形式酷似双“T”，故称为双T型带通滤波电路。

如图4所示，由L、C构成的选频网络和运算放大器A一起构成的一种新型带通滤波电路在某些应用中具有优势[2]。LC选频电路，信号频率较低时，电容的容抗很大，LC选频网络呈感性；在信号频率较高时，电感的感抗很大，LC选频网络呈容性；当f=fo时，网络呈纯阻性，且理想状态下阻抗无穷大。

3 Pspice电路仿真与设计

在试验中需对一混有干扰噪声的模拟信号进行提取。已知该模拟信号中有用信号为单一频率100kHz的正弦波信号，因此采用中心频率为100kHz的带通滤波电路设计。为了选择电路特性更好的滤波电路，对几种常用的带通滤波电路做了电路仿真设计和参数选取，并逐一进行了Pspice频率扫描幅频响应仿真对比。

3.1 无源带通滤波电路

仿真电路图和频率扫描幅频响应仿真图分别如图5和图6所示。

3.2 二阶压控电压源带通滤波电路

仿真电路图和频率扫描幅频响应仿真图分别如图7和图8所示。

3.3 双T型带通滤波电路

仿真电路图和频率扫描幅频响应仿真图分别如图9和图10所示。

3.4 LC选频网络滤波电路

仿真电路图和频率扫描幅频响应仿真图分别如图11和图12所示。

通过对比图6、图8、图10、图12的幅频响应仿真曲线图可以看出：一阶的无源带通滤波电路过渡带最宽；二阶的压控电压源带通滤波电路、双T型带通滤波电路过渡带明显较窄；LC选频网络滤波电路过渡带最窄[3]，更适合单一频点选频滤波。结合设计需求，采用LC选频网络滤波电路进行设计。

4 电路性能测试

对实验电路板性能进行测试。测试时，在带通滤波电路输入端注入频率为f的可调正弦波信号，且信号峰峰值保持不变。测试带通滤波电路输出端信号峰峰值，记录如表1中。

通过对测试数据分析，满足设计要求。

5 结束语

文章借助Pspice完成了模拟带通滤波电路的仿真。依据仿真结果，优选出满足试验需求的设计方案，并实测验证了设计的正确性，为其它相关设计提供了参考。

参考文献

[1]童诗白，华成英.拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]Wasim Angaa，傅华明.有源滤波电路设计总结[J].电子技术，2010，6.

[3]王勇，卢中华.带LC带通滤波器的设计与实现[J].舰船电子对抗，2011，34（4）；115-117.