濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、 設(shè)計(jì)簡介通過利用在電路理論 、 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分和信號(hào)與系統(tǒng)中所學(xué)的知識(shí)，并參考相關(guān)書籍，設(shè)計(jì)了一階無源高通濾波器、一階有源高通濾波器、二階有源高通濾波器、一階無源低通濾波器、一階有源低通濾波器、二階有源低通濾波器、二階無源帶通濾波器和二階有源帶通濾波器，并且利用 multism 進(jìn)行仿真。二、 設(shè)計(jì)要求1、完成電路設(shè)計(jì)；2、學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)畫電路圖；3、學(xué)會(huì)利用 matlab 或 pspice或其它軟件仿真。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、濾波器概述濾波器是對輸入信號(hào)頻率具有選擇性的電路或裝置，廣泛應(yīng)用于電氣、電信和控制等領(lǐng)域。濾波器根據(jù)其處理信號(hào)的方式，分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。模擬

2、濾波器利用模擬電路直接對模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，數(shù)字濾波器利用離散時(shí)間系統(tǒng)對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，可以用硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)濾波器所用電路元件的不同，模擬濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器。根據(jù)所通過信號(hào)的頻段，濾波器可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。各自的幅頻響應(yīng)曲線如下：圖 1 低通濾波器幅頻曲線圖 2高通濾波器幅頻曲線圖 3帶阻濾波器幅頻曲線圖 4 帶通濾波器幅頻曲線通帶：能夠通過的信號(hào)頻率范圍；阻帶：受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍；截止頻率：通帶和阻帶的界限頻率。將帶通濾波器的幅頻響應(yīng)與高通、低通濾波器的幅頻響應(yīng)進(jìn)行比較，可以看出低通與高通濾波器相串聯(lián)可以構(gòu)成帶通濾波器，條件是低通

3、濾波器的截止角頻率大于高通濾波器的截止角頻率，兩者覆蓋的通帶就提供了一個(gè)通帶響應(yīng)。同理，將低通與高通濾波器相并聯(lián)， 并保證低通濾波器的截止角頻率小于高通濾波器的截止角頻率，就可以構(gòu)成帶阻濾波器。2、濾波器的設(shè)計(jì)與分析及仿真結(jié)果1) 一階無源高通濾波器傳遞函數(shù)：下限截止頻率：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的的起始頻率為1hz，終止頻率為10khz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：2) 一階有源高通濾波器通帶電壓增益：特征角頻率：傳遞函數(shù)：上式中的s可用s=j代入

4、，則：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的的起始頻率為0.1hz，終止頻率為20mhz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：3) 二階有源高通濾波器通帶電壓增益：特征角頻率：等效品質(zhì)因數(shù)：傳遞函數(shù)：用s=j代入上式，可得：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：不同 q 值下的幅頻響應(yīng)如下圖所示：由圖可知，q=0.707時(shí)，幅頻響應(yīng)較為平坦。 在所設(shè)計(jì)的電路圖中，q=1。利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的的起始頻率為1hz，終止頻率為1mhz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率

5、的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：4) 一階無源低通濾波器傳遞函數(shù)：上限截止頻率：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的起始頻率為1hz，終止頻率為100ghz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：5) 一階有源低通濾波器通帶電壓增益：特征角頻率：傳遞函數(shù)：上式中的s可用s=j代入，則：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的起始頻率為1hz，終止頻率為100ghz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻

6、率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：6) 二階有源低通濾波器通帶電壓增益：特征角頻率：等效品質(zhì)因數(shù)：傳遞函數(shù)：用s=j代入上式，可得：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：下圖是不同 q 值下的幅頻響應(yīng)：由圖可知，二階低通濾波電路和高通濾波電路的幅頻特性具有對偶（鏡像）關(guān)系， q=0.707 時(shí)幅頻響應(yīng)較為平坦。在所設(shè)計(jì)的電路圖中，q=0.703，接近于 0.707，故此電路圖的幅頻特性曲線應(yīng)較為平坦。利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的起始頻率為1hz，終止頻率為20khz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的

7、刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：7) 無源帶通濾波器諧振頻率（中心頻率）：品質(zhì)因數(shù)：傳遞函數(shù)：將代入上式，得：半功率頻率：通頻帶：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的起始頻率為1hz，終止頻率為10ghz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：8) 有源帶通濾波器同相比例放大電路的電壓增益：傳遞函數(shù)：令：則：將s=j代入上式，得：利用 multism 進(jìn)行仿真，設(shè)置交流分析的起始頻率為1hz，終止頻率為10ghz，掃描方式為 dacade （十倍程掃描），每十倍頻率的樣點(diǎn)數(shù)量為10，縱坐標(biāo)的刻度為 logarithmic（對數(shù)） ，仿真結(jié)果如下：四、 小結(jié)與無源濾波器相比， 有源濾波器具有一定的電壓放大和緩沖作用，但有源濾波器的工作頻率難以做得很高。一階濾波器的濾波效果不如二階濾波器好。五、 參考文獻(xiàn)康華光，陳大欽電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 （第五版）北京：高等教育出版社，2006年：155159，415429顏秋容，譚丹電路理論北京：電子工業(yè)出版社，2009年：222225edward w kamen， bonnie s heck fundamentals of signals and sy