模電課程設(shè)計(jì)語(yǔ)音濾波器的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 模電課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 語(yǔ)音濾波器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱(chēng)： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 通信工程 班級(jí)： 110423班 學(xué)號(hào)： 11042333 姓名： 張江 評(píng)分： 教師： 程宜凡 2013 年 3 月 12 日24 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20122013 學(xué)年第 2學(xué)期第 1 周 3 周 題目透明度報(bào)警器內(nèi)容及要求截止頻率fh3000hz,fl=300hz；電壓增益av=10；阻帶衰減速率為-40db/10倍頻程；進(jìn)度安排第1周：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第3周：檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫(xiě)課設(shè)報(bào)告。學(xué)生姓名：徐星星 、張江指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)：e 樓 311室任務(wù)下達(dá)2013 年2月25日任務(wù)完成2013 年 3 月15日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師程宜凡系（部）主任付崇芳摘要 濾波器在通信測(cè)試和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一個(gè)理想的濾波器應(yīng)在要求頻帶通帶內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的增益而在通帶以外具有無(wú)窮大的衰減。所以電路可采用一級(jí)二階低通與一級(jí)二階高通濾波電路級(jí)聯(lián)但是由于衰減速率達(dá)不到要求，再級(jí)聯(lián)一級(jí)二階帶通濾波器，再通過(guò)multisim軟件進(jìn)行仿真，測(cè)試電路，并通過(guò)焊接電路來(lái)達(dá)到效果。關(guān)鍵字：濾波

3、器 multisim軟件 高通、低通濾波器 目錄前言5一、濾波器的參數(shù)51.1濾波器的傳遞函數(shù)51.2濾波器的頻率特性6二、濾波器設(shè)計(jì)方案82.1設(shè)計(jì)思路82.2單元電路的設(shè)計(jì)92.2.1濾波器的傳遞函數(shù)92.2.2濾波器的參數(shù)的確定102.3仿真結(jié)果14三、 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)183.1調(diào)試183.2總結(jié)：193.3心得體會(huì)：19參考文獻(xiàn)20附錄121芯片lm324的資料21附錄222元器件清單22附錄323實(shí)物對(duì)照23 前言濾波器其實(shí)就是選頻電路，可允許部分頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而另一部分頻率的信號(hào)受到較大抑制。信號(hào)能通過(guò)的頻率范圍稱(chēng)通頻帶/通帶；受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱(chēng)阻帶；通帶和

4、阻帶間的分界頻率稱(chēng)截止頻率。理論上，在通帶內(nèi)電壓增益為常數(shù)，阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實(shí)際上，通帶和阻帶間存在一定頻率范圍的過(guò)渡帶。 從功能上分，濾波器分為低通、帶通、高通、帶阻等。功能： 濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能。類(lèi)型：按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器；按功能分：低通、高通、帶通、帶阻；按電路組成分：lc無(wú)源、rc無(wú)源、由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器、rc有源濾波器，rc電路中又有壓控電壓源電路和無(wú)限增益多路反饋電路；按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階。 一、濾波器的參數(shù)1.1濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來(lái)

5、描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號(hào)電壓或電流拉氏變換之比。經(jīng)分析，任意個(gè)互相隔離的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，可由若干簡(jiǎn)單的一階與二階濾波電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成。 表2.1.1 二階rc濾波器的傳輸函數(shù)類(lèi)型傳輸函數(shù)性能參數(shù)低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率bw帶通、帶阻濾波器的帶寬高通帶通帶阻1.2濾波器的頻率特性 通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折

6、頻率fc=wc/(2p)為信號(hào)功率衰減到1/2(約3db)時(shí)的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒(méi)有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。av0.707avav （a） (b)fcav0.707av (c)圖2.2.1 濾波器的幅頻特性曲線(xiàn) （a）高通 （b）帶通 （c）低通 二、濾波器設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路考慮到實(shí)用性，帶負(fù)載能力要比較強(qiáng)，要滿(mǎn)足輸入阻抗應(yīng)足夠高，輸出阻抗應(yīng)夠??；要滿(mǎn)足阻帶衰減頻率等于或大于40db/10倍頻程，由于在理論上，一級(jí)二階濾波電路的衰減頻率為40db/10倍頻程，在實(shí)際做板子時(shí)，衰減頻率沒(méi)有達(dá)到40d

7、b/10倍頻程，所以要考慮到將幾個(gè)濾波電路級(jí)聯(lián)在一起，提高衰減頻率。我們知道，帶通濾波電路可以有一個(gè)高通和一個(gè)低通的濾波電路級(jí)聯(lián)而成，再級(jí)聯(lián)上一個(gè)帶通的濾波電路，提高衰減頻率。電路的增益av=10，在設(shè)計(jì)電路時(shí)計(jì)算好阻值和容值。圖2.1.1 帶通濾波器設(shè)計(jì)原理2.2單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1濾波器的傳遞函數(shù)帶通濾波器高通濾波器低通濾波器圖3.2.1 系統(tǒng)框圖由于是要設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，那么可以將一級(jí)二階低通濾波器與一級(jí)二階高通濾波器級(jí)聯(lián)。1.二階低通濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù)：傳輸函數(shù)為：其中：電壓增益，截止角頻率，品質(zhì)因數(shù)性能參數(shù)如表2.2.1所示：表2.1.1 二階rc濾波器的傳輸函數(shù)類(lèi)型傳

8、輸函數(shù)性能參數(shù)低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率bw帶通、帶阻濾波器的帶寬高通帶通帶阻2.2.2濾波器的參數(shù)的確定 1.一級(jí)二階低通濾波器的設(shè)計(jì)：由表2.2.1得到二階壓控電壓源低通濾波器的電路，如圖2.2.1所示；圖2.2.1 二階壓控電壓源低通濾波器電路由得，時(shí)，取；從表2.2.1得時(shí)，電容；電阻，； 將中得到的電容；電阻，的數(shù)據(jù)分別帶入圖2.2.1二階壓控電壓源低通濾波器電路中；得到一級(jí)截止頻率為的二階低通濾波器，如圖2.2.2所示。圖2.2.2 截止頻率為的二階低通濾波器2.一級(jí)二階高通濾波器的設(shè)計(jì)：由表3.2.2得到二階無(wú)限增益多路反饋高通濾波器的

9、電路,2.2.3所示； 圖2.2.3 二階無(wú)限增益多路反饋高通濾波器電路由得，時(shí)，??；從表3.2.3得時(shí)，電容；電阻，；將中得到的電容；電阻，的數(shù)據(jù)分別帶入圖3.2.3二階無(wú)限增益多路反饋高通濾波器電路；得到一級(jí)截止頻率為的二階高通濾波器，如圖1.4所示。 圖2.2.4 止頻率為的二階高通濾波器 3.將兩級(jí)濾波器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，得到所要求設(shè)計(jì)的截止頻率為，增益為的帶通濾波器，如圖2.2.5所示。圖2.2.5 截止頻率為，的帶通濾波器2.3仿真結(jié)果 將所設(shè)計(jì)出來(lái)的原理圖放在仿真軟件中仿真，仿真軟件用multisim，則，畫(huà)好的電路圖如下：圖2.3.1 電路在仿真軟件中的電路圖 （a） (b) 圖2.3

10、.2 仿真波特圖輸入為100mvpp，頻率為300hz的仿真輸出：圖2.3.3 300hz的輸出波形圖輸入為100mvpp，頻率為3000hz的仿真輸出：圖2.3.4 3000hz的輸出波形圖輸入為100mvpp，頻率為1650hz的仿真輸出：圖2.3.5 1650hz的輸出波形圖三、 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)電壓頻率320hz1650hz3500hz0.240.240.241.602.401.603.1調(diào)試 最終制成電路板，將制好的電路板進(jìn)行調(diào)試，將電源，信號(hào)源，示波器接好。調(diào)試過(guò)程遇到的問(wèn)題與解決方案：1） 增益問(wèn)題在實(shí)際電路中用的都是電位計(jì)來(lái)代替，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室中找不到相對(duì)應(yīng)的組值，所以我們小組采用

11、三個(gè)都電位計(jì)來(lái)代替仿真中的三個(gè)電阻，用此三個(gè)電位計(jì)將阻值分別調(diào)到得到的放大倍數(shù)。當(dāng)輸入時(shí)320hz時(shí)，放大倍數(shù)為=6.67，當(dāng)輸入時(shí)1650hz時(shí)，放大倍數(shù)為=10，恰好當(dāng)輸入時(shí)3500hz時(shí)，放大倍數(shù)為=6.67，所以得住的結(jié)果滿(mǎn)足題設(shè)要求。2) 中心頻率問(wèn)題由電路的指標(biāo)fl=300hz,fh=3000hz，可知電路的中心頻率是1650hz，在調(diào)試板子時(shí)，我發(fā)現(xiàn)，按照理論值接上電容電阻后，在第一第二級(jí)組成的帶通電路中，中心頻率能過(guò)達(dá)到要求，但是第三級(jí)的帶通濾波器的中心頻率對(duì)整個(gè)電路的中心頻率影響很大，將電阻調(diào)到時(shí)的出的放大倍數(shù)與課設(shè)要求的相符.。3.2總結(jié)： 這次設(shè)計(jì)利用了二階有源低通濾波電

12、路和一個(gè)二階有源高通濾波電路級(jí)聯(lián)成一個(gè)帶通電路，又在此基礎(chǔ)上級(jí)聯(lián)一個(gè)二階有源帶通濾波電路，增加衰減頻率。在滿(mǎn)足低通帶截止頻率高于高通帶截止頻率的條件下，把相同元件壓控電壓濾波器的低通和高通起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器的通帶響應(yīng)設(shè)計(jì)出來(lái)的語(yǔ)音濾波器在某種程度上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，截止頻率320hz3500hz；電壓增益基本符合；阻帶衰減速率也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.3心得體會(huì)： 通過(guò)這次設(shè)計(jì)語(yǔ)音濾波器，學(xué)到很多，這是入學(xué)以來(lái)第一次從電路的設(shè)計(jì)到電路板的制作、調(diào)試都是自己動(dòng)手的。從很大程度上提高了我的動(dòng)手能力，也加強(qiáng)了對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，更加明白了制作電路板應(yīng)該注意的事項(xiàng)，也明白理論和實(shí)際是不同的兩個(gè)環(huán)節(jié)，就比如，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路在理論上是可行的，但是實(shí)際做出來(lái)的板子可能也會(huì)沒(méi)有波形出現(xiàn)，這就需要調(diào)試，調(diào)試又要從理論上找準(zhǔn)修改的元器件的值，所以在這次理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)中，收獲頗多。參考文獻(xiàn)1. 楊曉慧、白雪編著 電子下路學(xué)習(xí)指導(dǎo) 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 . 2. 吳丙申、卞祖富編著模擬電路基礎(chǔ)北京北京理工大學(xué)出版社.3. 康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)北京高等教育出版社. 附錄1芯片lm324的資料 四運(yùn)算放大器：lm324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 的運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源 電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感