ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

LÊ VĂN LONG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁC MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Huế - 2016
EBOOKBKMT.COM


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

LÊ VĂN LONG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁC MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: THS. NGUYỄN VĂN ÂN

Huế - 2016

EBOOKBKMT.COM


i

LỜI CẢM ƠN

Với sự phân công của Khoa Điện Tử - Viễn Thông và sự đồng ý của thầy hướng dẫn
Th.S Nguyễn Văn Ân đã cho phép em thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế các mạch
lọc tương tự “.
Để thực hiện đề tài này, em xin chân thành cám ơn các thầy cơ đã tận tình hướng dẫn,
giảng dạy em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại trường Đại học
Khoa học Huế.
Xin chân thành cám ơn thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Ân đã tận tình, chú đáo giúp
em hồn thành đồ án này tốt nghiệp này.
Mặc dù có nhiều cố gắng đề thực hiện đồ án hoàn chỉnh nhất. Song do ban đầu làm
quen với nghiên cứu khoa học, bên cạnh đó sự hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm
không tránh khỏi những thiếu sót mà bản thân chưa nhìn ra được. Kính mong sự góp ý
của q thầy, cơ và các bạn để đồ án được hoạn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn.
Huế, tháng 5 năm 2016
Sinh viên
LÊ VĂN LONG

EBOOKBKMT.COM


ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................i
MỤC LỤC.......................................................................................................................ii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ......................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG..........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................viii
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1

MẠCH LỌC TÍCH CỰC.....................................................................2

1.1.

Khái niệm mạch lọc tần số.................................................................................2

1.1.1.

Khái niệm...........................................................................................................2

1.1.2.

Phân loại............................................................................................................2

1.2.

Mạch lọc tích cực ..............................................................................................2

1.2.1.

Khái niệm...........................................................................................................2


1.2.2.

Mạch lọc thơng cao............................................................................................2

1.2.3.

Mạch lọc thơng thấp (Low Pass Filter)..............................................................6

1.2.4.

Mạch lọc thông dải (Bandwith Filter).............................................................10

1.2.5.

Mạch lọc thông cắt...........................................................................................14

CHƯƠNG 2

MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG.................................................................17

2.1.

Khái niệm.........................................................................................................17

2.1.1.

Khái niệm.........................................................................................................17

2.1.2.


Phân loại mạch lọc thu động............................................................................17

2.1.3.

Ưu điểm và nhược điểm..................................................................................17

2.2.

Mạch lọc RC ...................................................................................................17

2.2.1.

Mạch lọc thông cao..........................................................................................17

EBOOKBKMT.COM


iii
2.2.2.

Mạch lọc thông thấp........................................................................................19

2.2.3.

Mạch lọc thông dải..........................................................................................20

2.3.

Mạch lọc LC....................................................................................................21


2.3.1.

Mạch lọc thông cao..........................................................................................21

2.3.2.

Mạch lọc thông thấp........................................................................................22

2.4.

Mạch lọc LRC..................................................................................................23

2.4.1.

Mạch lọc thông cao..........................................................................................23

2.4.2.

Mạch lọc thông thấp........................................................................................24

2.4.3.

Mạch lọc thông dải..........................................................................................25

2.4.4.

Mạch lọc thông cắt...........................................................................................25

CHƯƠNG 3


THIẾT KẾ MẠCH LỌC RC THÔNG THẤP VÀ THÔNG CAO....27

3.1.

Thiết kế............................................................................................................27

3.1.1.

Mạch lọc RC thông cao...................................................................................27

3.1.2.

Mạch lọc RC thông thấp..................................................................................29

3.2.

Sơ đồ nguyên lý...............................................................................................32

3.2.1.

Sơ đồ nguyên lý...............................................................................................32

3.2.2.

Nguyên lý hoạt động........................................................................................32

3.3.

Sơ đồ mạch in:.................................................................................................34


KẾT LUẬN...................................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................37

EBOOKBKMT.COM


iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1. HPF khơng đảo bậc 1......................................................................................3
Hình 1-2. HPF đảo bậc 1.................................................................................................3
Hình 1-3. Mạch lọc thơng cao bậc 2...............................................................................5
Hình 1-4. Mạch lọc thơng cao bậc 2 khi C1=C2=C........................................................5
Hình 1-5. LPF bậc 1 khơng đảo......................................................................................7
Hình 1-6. LPF bậc 1 đảo.................................................................................................7
Hình 1-7. Sơ đồ tổng quát mạch lọc thơng thấp bậc 2....................................................8
Hình 1-8. Mạch lọc thơng thấp bậc 2 đa hồi tiếp............................................................9
Hình 1-9. Mạch Sallen-Key BPF..................................................................................11
Hình 1-10. Mạch lọc thơng dãi đa hồi tiếp....................................................................12
Hình 1-11. Mạch lọc Twin-T........................................................................................14
Hình 1-12. Mạch lọc Wien-Robinson...........................................................................15
Hình 2-2-1. Mạch lọc RC thơng cao cơ bản..................................................................18
Hình 2-2-2. Dạng sóng vào ra mạch lọc RC thơng cao.................................................18
Hình 2-2-3. Quan hệ giữa điện áp vào ra mạch lọc RC thơng cao................................18
Hình 2-2-4. Mạch lọc RC thơng thấp cơ bản................................................................19
Hình 2-2-5. Dạng sóng vào ra của mạch lọc RC thơng thấp.........................................20
Hình 2-2-6. Quan hệ giữa điện áp vào ra mạch lọc RC thơng thấp..............................20
Hình 2-2-7. Mạch lọc RC thơng dãi..............................................................................20
Hình 2-8. Đặc tuyến truyền đạt của mạch RC lọc thơng dãi.........................................21

Hình 2-9. Mạch lọc LC thơng cao.................................................................................21
Hình 2-10. Quan hệ giữa điện áp vào ra mạch lọc LC thơng cao.................................22
Hình 2-11. Mạch lọc LC thơng thấp.............................................................................22

EBOOKBKMT.COM


v
Hình 2-12. Quan hệ điện áp vào ra mạch lọc LC thơng thấp. ......................................23
Hình 2-13. Mạch lọc thơng cao RLC............................................................................24
Hình 2-14. Mạch lọc thơng thấp RLC...........................................................................24
Hình 2-15. Mạch lọc thơng dãi RLC.............................................................................25
Hình 2-16. Mạch lọc thơng cắt RLC.............................................................................25
Hình 3-1: Mạch lọc RC thơng cao bậc 1.......................................................................27
Hình 3-2: Mạch lọc RC thơng cao bậc 2.......................................................................27
Hình 3-3: Mạch lọc RC thơng cao bậc 3.......................................................................28
Hình 3-4. Đồ thị quan hệ giữa điện áp vào và ra mạch lọc thơng cao..........................29
Hình 3-5: Mạch lọc RC thơng thấp bậc 1......................................................................29
Hình 3-6: Mạch lọc RC thơng thấp bậc 2......................................................................30
Hình 3-7: Mạch lọc RC thơng thấp bậc 3......................................................................30
Hình 3-8. Đồ thị quan hệ giữa điệp áp vào và điện áp ra mạch lọc RC thơng thấp......31
Hình 3-9. Sơ đồ nguyên lý mạch lọc thông thấp và thông cao sử dụng RC.................32
Hình 3-10: Sơ đồ mạch in.............................................................................................35
.

EBOOKBKMT.COM


vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Hàm truyền của mạch LPF đảo và không đảo bậc 1......................................7
Bảng 3-1. Kết quả đo điện áp các mạch lọc thông cao.................................................28
Bảng 3-2. Kết quả đo điện áp ra các mạch lọc thông thấp............................................31

EBOOKBKMT.COM


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Diễn giải

Dịch nghĩa

BPF

Bandwith Pass Fitter

Mạch lọc thông dải

HPF

Hight Pass Fitter

Mạch lọc thông cao

LPF


Low Pass Fitter

Mạch lọc thông thấp

MFB

Multiple FeedBack

Đa hồi tiếp

EBOOKBKMT.COM


1

MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của nền kinh tế thế giới với nhiều ngành kinh tế, và không thể thiếu
sự phát triên của nền kinh tế nước ta. Trong ngành công nghiệp điện tử là ngành phát
triển nhanh với nhiều loại hình. Do đó nhu cầu đời sống của con người sẽ tăng lên, đây
cũng là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho ngành điện tử. Yêu cầu đặt ra càng khắc
khe và địi hỏi tính thẩm mỹ, gọn nhẹ và phù hợp với nhu cầu của con người hiện nay.
Thật vậy, hiện nay đồ dùng điện tử đã trở thành một thứ không thể thiếu trong cuộc
sống của chúng ta. Ví dụ như cái điện thoại di động, ti vi… Các đồ dùng điện tử thông
minh ngày càng nhanh chóng phát triển thay thế các đồ dùng đã quá lạc hậu.
Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của các thầy cô
giáo trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông trường Đại học Khoa học Huế, em đã có được
vốn kiến thức nhất định. Được sự đống ý của Khoa em được giao để tài “Nghiên cứu
thiết kế các mạch lọc tương tự”.
Đồ án tốt nghiệp của em gồm 3 chương:

Chương 1: Mạch lọc tích cực
Chương 2: Mạch lọc thụ động
Chương 3: Thiết kế mạch lọc RC thông thấp và thông cao
Bằng sự nổ lực của bản thân và sự tận tình hướng dẫn của thầy hướng dẫn Th.S
Nguyễn Văn Ân em đã hoàn thành đồ án đúng thời gian. Do sự hạn chế với thời gian
và kiến thức nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót. Rất mọng sự góp ý của quý thầy, cô
trong Khoa để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn Th.S
Nguyễn Văn Ân, quý thầy, cô trong Khoa và các bạn đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn
thành đề tài này.
Huế, tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Long


2

CHƯƠNG 1
1.1.

Khái niệm mạch lọc tần số

1.1.1. Khái niệm
Là mạch chọn lọc lấy tín hiệu trong một hay một số khoảng tần số nào đó (dãi thơng),
cịn các tín hiệu ở tần số khác sẽ bị loại trừ.(1)
1.1.2. Phân loại(1)
a) Phân loại theo tác dụng:







Mạch lọc thông cao
Mạch lọc thông thấp
Mạch lọc thông dải
Mạch lọc thông cắt
Mạch lọc pha
b) Phân loại theo linh kiện:

 Mạch lọc tích cực
 Mạch lọc thụ động

1.2.

Mạch lọc tích cực (2)

1.2.1. Khái niệm
Là mạch lọc được xây dựng từ các phần tử R, C với các bộ khuếch đại thuật tốn. Các
mạch lọc tích cực làm việc ở tần số thấp (<100Khz) nhưng nó hoạt động rất ổn định.
Tuy nhiên khi tần số tăng lên thì các bộ khuếch đại sẽ gây ra sự lệch pha giữa tín hiệu
vào và ra làm mất tính chất của bộ lọc.
1.2.2. Mạch lọc thông cao
a) Hàm truyền của mạch lọc thông cao
-

Hàm truyền tổng quát

là độ lợi
-


Hàm truyền của 1 bộ lọc đơn trong chế độ nội tầng

MẠCH LỌ


3

-

Hàm truyền của 1 bộ lọc đơn bậc 1

b) Bộ lọc thơng cao bậc 1
-

Sơ đồ mạch

Hình 1-1. HPF khơng đảo bậc 1.

Hình 1-2. HPF đảo bậc 1.

-

Hàm truyền


4

HPF khơng đảo:

HPF đảo:

-

Các hệ số

HPF khơng đảo:

HPF đảo:

-

Tính tốn: xác định tần số gãy fc, độ lợi

có giá trị bằng
đảo.
c) Bộ lọc thông cao bậc 2
-

Sơ đồ mạch

, tụ C1, từ đó tính ra R1, R2

với HPF khơng đảo và bằng

với HPF


5

Hình 1-3.Mạch lọc thơng cao bậc 2.


-

Hàm truyền

Nếu chọn

=

=C thì mạch trở thành

Hình 1-4.Mạch lọc thơng cao bậc 2 khi C1=C2=C.

Và hàm truyền
-

Các thơng số
=1

-

Tính tốn: cho C thì ta có thế tính được R1 và R2


6

d) Mạch lọc HPF bậc cao
Để đạt được đặt tính lọc có độ dốc lớn mong muốn, chúng ta thiết kế bộ lọc có bậc cao
bằng cách nối tầng bộ lọc bậc 1 với bộ lọc bậc 2 (nối tiếp).
1.2.3. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter)
a) Hàm truyền của mạch lọc thơng thấp


Trong đó

và

là các hệ số của mạch lọc.

Q là hệ số phẩm chất.
Độ dốc đặc tuyến tần số -n*20dB/decade (n là bậc của bộ lọc).
-

Hàm truyền cho 1 giai đoạn đơn:

-

Hàm truyền cho mạch lọc bậc 1:

b) Mạch lọc thông thấp bậc 1
-

Sơ đồ mạch


7

Hình 1-5. LPF bậc 1 khơng đảo.

Hình 1-6. LPF bậc 1 đảo.

-


Hàm truyền
Bảng 1-1. Hàm truyền của mạch LPF đảo và không đảo bậc 1

LPF bậc 1 không đảo

-

LPF bậc 1 đảo

Tính tốn: xác định tần số gãy (fc), độ lợi

+ LPF khơng đảo:

và

, tụ C từ đó tính ra R1, R2.


8

+ LPF đảo:

và

c) Mạch lọc thông thấp bậc 2
-

Sơ đồ tổng qt


Hình 1-7. Sơ đồ tổng qt mạch lọc thơng thấp bậc 2.

Hàm truyền:

Với
-

=1,

và

Tính tốn: chọn giá trị C1, C2 thỏa mãn

Khi đó:

Nếu chọn
+ Hàm truyền tổng qt:

và

thì:


9
+ Các hệ số mạch lọc:

+ Tính tốn: cho C, tìm R và

:


d) LPF Multiple Feedback topology(MFB)
-

Sơ đồ mạch

Hình 1-8. Mạch lọc thông thấp bậc 2 đa hồi tiếp.

-

Hàm truyền:

-

Các hệ số:

-

Tính tốn: cho C1 và C2 thỏa mãn


10

Khi đó:

e) Mạch lọc thơng thấp bậc cao
Để thiết kế những mạch lọc cao hợn bậc 2, ta có thể thiết kế bằng cách nối tiếp
mạch lọc bâc 1 với mạch lọc bậc 2 một cách thích hợp. Ví dụ như muốn tạo ra mạch
lọc bậc 5 ta có thể dùng 2 mạch lọc bậc 2 và 2 mạch lọc bậc 1 nối tiếp nhau.
1.2.4. Mạch lọc thông dải (Bandwith Filter)
a) Mạch lọc thông dải bậc 2

Hàm truyền tổng quát:

Trong đó

là băng thơng danh định được xác định:

danh định

.

 Mạch lọc thông dải một hồi tiếp
-

Sơ đồ mạch

với tần số giữa


11

Hình 1-9. Mạch Sallen-Key BPF.

-

Hàm truyền

-

Thơng số:
+ Tần số giữa (mid-prequency):


+ Độ lợi (inner gain):

+ Độ lợi tại

:

+ Hệ số phẩm chất (filter quality):
Hệ số phẩm Q có thể thay đổi thông qua độ lợi G mà không cần hiệu chỉnh tần số
giữa fm. Nhưng Q và Am không thể hiệu chỉnh độc lập. Chú ý cẩn thận khi giá trị của G
= 3, sẽ làm cho Am có giá trị vơ hạn, mạch sẽ dao động.
-

Tính tốn