語音濾波器的設(shè)計--模電課設(shè)

1、課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模擬電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 語音濾波器的設(shè)計 學 院 名 稱： 南昌航空大學信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 2013年 3 月 13日 模擬電路 課程設(shè)計任務書20122013 學年第 2學期第 1 周 3 周 題目語音濾波器內(nèi)容及要求一、設(shè)計要求1.該語音濾波器的截止頻率，；2.阻帶衰減速率為倍頻程。進度安排第1周：查閱資料，到機房學習仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計；第3周：檢查設(shè)計結(jié)果、撰寫課設(shè)報告。學生姓名： 指導時間：周一、周三、周四下

2、午指導地點：E 樓 311室任務下達2013 年2月25日任務完成2013 年 3 月15日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師 系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。摘要 低通濾波器是一個通過信號而衰減或抑制高頻信號的部件。理想濾波器電路的的頻響在通帶內(nèi)具有一定的幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)幅值應為零。有源濾波器是指由放大電路及RC網(wǎng)絡構(gòu)成的濾波器電路，它實際上是一種具有特定頻率相應的放大器。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性的速率越快，但RC網(wǎng)絡的階數(shù)越多，元件參數(shù)計算月頻繁，電路的調(diào)試愈加困難。本次設(shè)計的一個帶通濾波器，將一

3、級二階低通濾 一級二階高通濾波器級聯(lián)?？紤]到我們現(xiàn)在的知識水平，我們主要學會有源濾波器的應用，運算放大器和RC網(wǎng)絡組成的有源濾波器具有許多獨特的優(yōu)點，與其他的濾波器的電路相比較，RC電路相對簡單很多，該電路主要采用了 運放，并且加了RC網(wǎng)絡，加大幅頻特性衰減斜率，以達到在給定的頻段內(nèi)，讓信號無衰減的通過電路，而通帶外的其它信號將受到很大的衰減，從而提高濾波效率。關(guān)鍵詞：低通濾波器 什么運放 RC網(wǎng)絡 目錄前言4第一章 設(shè)計任務51.1課設(shè)題目51.2設(shè)計內(nèi)容與要求5第二章 電路設(shè)計原理52.1濾波器的頻率特性5第三章 濾波器設(shè)計方案73.1設(shè)計思路73.2單元電路的設(shè)計83.2.3高通濾波器的

4、設(shè)計10第四章 總電路與仿真效果134.2 仿真結(jié)果14第五章 調(diào)試.165.1調(diào)試16第六章 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)17附錄119第一章 設(shè)計任務1.1課設(shè)題目語言濾波器1.2設(shè)計內(nèi)容與要求1.該語言濾波器的截止頻率f(H)=3000Hz,f(L)=300Hz，Av=10;2.阻帶衰減頻率為-40Db/10倍頻程。第二章 濾波器的功能特性2.1濾波器的頻率特性通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號功率衰

5、減到1/2(約3dB)時的頻率，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)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。表2.1.1 二階RC濾波器的傳輸函數(shù)類型傳輸函數(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Av0.707Av （a） (b)Av0.707Avfc(c)圖2.2.1 濾波器的幅頻特性曲線.第三章 濾波器設(shè)計方案3.1設(shè)計思路考慮到實用性，帶負載能力要比較強，要滿足輸入阻抗應足夠高，輸出阻抗應夠??；

6、要滿足阻帶衰減頻率等于或大于40db/10倍頻程，由于在理論上，一級二階濾波電路的衰減頻率為40db/10倍頻程，在實際做板子時，衰減頻率沒有達到40db/10倍頻程，所以要考慮到將幾個濾波電路級聯(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高通和一個低通的濾波電路級聯(lián)而成，再級聯(lián)上一個帶通的濾波電路，提高衰減頻率。電路的增益Av=10，在設(shè)計電路時計算好阻值和容值。上圖依次是低通高通帶通幅頻圖3.2單元電路的設(shè)計3.3.1濾波器的系統(tǒng)框圖帶通濾波器高通濾波器低通濾波器帶通濾波器高通濾波器低通濾波器 語言濾波器的設(shè)計原理：一個一級低階低通濾波器與一個一級高通濾波器的級聯(lián)，然后帶通就可

7、以形成語言濾波器的功能。 壓控電壓源電路電路形式性能參數(shù)= Q=0.707Av=1+R4/R3設(shè)計表電路元件值A(chǔ)v 1 2 4 6 8 10 R1 1.422 1.126 0.824 0.167 0.521 0.462R2 5.399 2.250 1.537 2.051 2.429 2.742R3 開路 6.752 3.148 3.203 3.372 3.560R4 0 6.752 9.444 16.012 23.602 32.039C1 0.33C C 2C 2C 2C 2C注：設(shè)計表的公式：K=（如帶通、帶組K=100/f0C）因為fc=3000Hz，由表2選C=47uF，因為K=,K=3

8、.3選Av=2；所以由表3得： R3=3.5; R4=32; C=C1=.47nF 3.2.3高通濾波器的設(shè)計由于Av=5；fc=300Hz；由于壓控電壓源電路的增益大于2就會出現(xiàn)波形失真，但是用幾個級聯(lián)又會使級數(shù)增大，增加調(diào)試的難度，選用二階無限增益多路反饋電路可以有電容來控制增益，而且還不會失真，下面為無限增益多路反饋的設(shè)計表3.2.3 二階高通濾波器（巴特沃斯）設(shè)計表無限增益多路反饋電路電路形式性能參數(shù)= Q=0.707Av= -C/C1設(shè)計表Av 1 2 5 10R1 0.750 0.900 1.0325 1.072R2 3.376 5.627 12.379 23.634C1 C 0.

9、5C 0.2C 0.1C由表2選C=47nF，所以K=3.3C1=94nF；所以設(shè)計的電路圖為：R3=1,R4=3.4 ,C3=C4=C5=470nF所以設(shè)計的電路圖為：圖3.2.3 高通濾波器的原理圖3.2.4帶通濾波器的設(shè)計由于一個高通和一個低通組成的帶通的衰減頻率沒有達到要求，所再級聯(lián)上個一二階的帶通濾波電路f0=1650；Av=1；因為f0=BWQ; f0=(3000-300)/2=1350Hz; Av=1+R4/R5; 所以R4比R5小很多。由表2取C=47nF；但是由于電容缺少，取C=47nF因為w0=1/（RC）；所以;R1=470 ,R2=2.7 ,R5=3.5 ,R6=32

10、所以電路圖為圖3.2.4 帶通濾波器的原理圖第四章 總電路與仿真效果圖4.1.1路設(shè)計圖4.2 仿真結(jié)果將所設(shè)計出來的原理圖放在仿真軟件中仿真，仿真軟件用Multisim，則，畫好的 仿真波特圖輸入為120mvpp，頻率為300Hz的仿真輸出輸入為120mvpp，頻率為3000Hz的仿真輸出：第五章 調(diào)試.5.1調(diào)試最終制成電路板，將制好的電路板進行調(diào)試，將電源，信號源，示波器接好。調(diào)試過程遇到的問題與解決方案：1） 增益問題如圖3.2.2中的原理圖中，R4是電位器可以用來調(diào)節(jié)增益，由Av=1+,可知，R4越大增益越大，所以在增益達不到時，調(diào)大R4，但是由于該電路是采用壓控電壓源電路，當增益一

11、大于2，波形就會有點失真，所以R4的值一般調(diào)到20K左右，由于該設(shè)計是采用了三級電路級聯(lián)，第二級是采用無限增益多路反饋電路，增益是由電路的C,C1電容控制，由于電容種類的局限，所也不方便改增益，第三級是一個二階的壓控電壓源型的帶通濾波器，所以想要調(diào)節(jié)電路的增益，只需調(diào)節(jié)圖3.2.2中的R4和圖3.2.4中的R12就可以調(diào)出滿意的增益。經(jīng)調(diào)試后，當R4=32K,R12=3.5K，增益比較理想。2) 中心頻率問題由電路的指標fL=300Hz,fH=3000Hz，可知電路的中心頻率是1650Hz，在調(diào)試板子時，我發(fā)現(xiàn)，按照理論值接上電容電阻后，在第一第二級組成的帶通電路中，中心頻率能過達到要求，但是

12、第三級的帶通濾波器的中心頻率對整個電路的中心頻率影響很大，在調(diào)試中我發(fā)現(xiàn)，如圖3.2.4中的R13對電路該電路的中心頻率的影響很大，換來幾個電阻后，發(fā)現(xiàn)，R13越大中心頻率越小，經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)R13=10k時，中心頻率比較理想。3） 截止頻率上60db/10倍頻程，因為第三級的帶通濾波器的通頻帶中不是一條橫線，而是一條拋物線，導致fL變大，fH變小，整個電路的通頻帶變窄，所以在調(diào)試第一級第二級時應將通頻帶調(diào)大，根據(jù)f= 可知，因為fL太大，所以R應該大一點，同理可知控制高通的R應該小一點，所以圖3.2.2中的R1應該變大點，現(xiàn)在取R1=470 ，圖3.2.3中的R5應該小一點。取R5=3.5k。

13、第六章 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)調(diào)試完成后，輸入為1VPP，測得的數(shù)據(jù)如下：f（Hz）0100150200250300320A(V)00.210.721.602.664.607.11f（Hz）500550600650700750900A(V)7.888.248.89.29.69.8410.1f（Hz）950100012001400160018003500A(V)10.310.310.410.510.39.887.26f（Hz）36004200430004500500055006000A(V)7.106.846.025.13.662.561.28總結(jié)：我們這次設(shè)計利用了二階有源低通濾波電路和一個二階有源高

14、通濾波電路級聯(lián)成一個帶通電路，又在此基礎(chǔ)上級聯(lián)一個二階有源帶通濾波電路，增加衰減頻率。因在實驗室找不到所要的芯片，故找了功能相似的LM324芯片替代，在滿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可以實現(xiàn)帶通濾波器的通帶響應設(shè)計出來的語音濾波器在某種程度上實現(xiàn)了設(shè)計要求，截止頻率320Hz3500Hz；電壓增益基本符合；阻帶衰減速率也滿足設(shè)計要求心得體會：通過這次設(shè)計語音濾波器，我學到很多，通過對數(shù)據(jù)的處理計算后，實驗數(shù)據(jù)是符合要求的，這也意味著這次模擬電路課程設(shè)計取得成功。這是入學以來第一次從電路的設(shè)計到電路板的制作、調(diào)試都是自己動手的，加強了我對自己專業(yè)的認識，就比如，設(shè)計出來的電路在理論上是可行的，但是實際做出來的板子可能也會沒有波形出現(xiàn)，因為電容的存在，很多余標簽的數(shù)據(jù)有差錯，以及采用了變阻器，這就需要調(diào)試，調(diào)試又要從理論上找準修改的元器件的值，所以在這次理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計中，我收獲頗多。參考文獻1. 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版 ）【M】 華中科技大學電子技術(shù)課程編 20022. 鄧謙 劉清平 張琦 黃麗貞低頻電子線路實