一階無(wú)源高通濾波器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、?信號(hào)與系統(tǒng)分析?高通濾波器課程設(shè)計(jì) 院系：電子與信息工程學(xué)院 班級(jí)：電信11-2班 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 日期：2021年12月27日 一階無(wú)源高通濾波器設(shè)計(jì)班級(jí)：電信11-2班 姓名： 學(xué)號(hào)：1、 課程設(shè)計(jì)目的： 1熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的根本方法 ； 2進(jìn)一步提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力； 3掌握專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告； 4設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率為10500Hz的高通濾波器 。 2、 課程設(shè)計(jì)儀器名稱(chēng)參考型號(hào)數(shù)量用途函數(shù)信號(hào)發(fā)生器YB4340G1觀察輸入輸出波形示波器YB26391信號(hào)源萬(wàn)用表VC9807A1測(cè)電阻值三、設(shè)計(jì)濾波器的整體思路 1、設(shè)計(jì)思路1首先根據(jù)濾波器的根本原理，設(shè)計(jì)出其根本組

2、成框圖。 2根據(jù)有源高通濾波器的原理圖，按照層次化、模塊化、 參數(shù)化的設(shè)計(jì)思路，完成設(shè)計(jì)電路。 3畫(huà)出電路圖，根據(jù)KCL列出電路的頻率響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)行復(fù)頻域分析，討論其頻率特性。4根據(jù)設(shè)計(jì)要求，求出元件參數(shù)，并求出實(shí)際濾波器參數(shù)。5應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行仿真分析，并分析其性能。6應(yīng)用matlab軟件對(duì)其進(jìn)行編程分析，仿真測(cè)試。 2、設(shè)計(jì)指標(biāo)：截止頻率為10500Hz的高通濾波器。 3、濾波器的有關(guān)參數(shù) 1實(shí)際濾波器的根本參數(shù)：理想濾波器是不存在的，其特性只需用截止頻率描述，而實(shí)際濾波器的特性曲線(xiàn)無(wú)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，故需用更多參數(shù)來(lái)描述。 2截止頻率所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為濾波器的3dB截止頻率。以對(duì)應(yīng)

3、于-3dB點(diǎn)，即相對(duì)于衰減3dB。假設(shè)以信號(hào)的幅值平方表示信號(hào)功率，那么所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)正好是半功率點(diǎn)。 3紋波幅度d：在一定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動(dòng)幅度d與幅頻特性的平均值相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于-3dB。 4濾波器因數(shù)或矩形系數(shù):濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式，它是利用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值來(lái)衡量濾波器選擇性，理想濾波器=1，常用濾波器=15，顯然，越接近于1，濾波器選擇性越好。 濾波器的截止頻率用來(lái)說(shuō)明電路頻率特性指標(biāo)的特殊頻率。當(dāng)保持電路輸入信號(hào)的幅度不變，改變頻率使輸出信號(hào)降至最大值的0.707倍，或某一特殊額定值時(shí)該

4、頻率稱(chēng)為截止頻率。4、 一階高通濾波電路設(shè)計(jì) 1定義：讓某一頻率以上的信號(hào)分量通過(guò)，而對(duì)該頻率以下的信號(hào)分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。 2.一階高通濾波器電路圖如下： 3、計(jì)算公式 1頻率響應(yīng)： 2截止頻率：電阻與電容的乘積RC是時(shí)間常數(shù)；它與截止頻率成反比，在截止頻率上輸出信號(hào)的強(qiáng)度是輸入信號(hào)的一半。 其中f的單位是赫茲(Hz)，R的單位是歐姆，C的單位 是法拉，簡(jiǎn)稱(chēng)“法。 通帶損耗：3dB 最大承受平均功率：33dBm 幅頻特性：帶通內(nèi)變化3dB高通濾波器響應(yīng)曲線(xiàn) 由KCL分析得: 頻率響應(yīng) 令，那么 ，代入式3.1可得： 由以上各式可知： 當(dāng) 五、電路板制作規(guī)格：7cm

5、*5cm) 1、電阻R及電容C參數(shù)的選取 R=90 2、實(shí)驗(yàn)所用電路板如下列圖： 3、用MATLAB程序進(jìn)行仿真程序如下：clear;r=90;c=0.168e-6;fo=0;fn=30000;df=0.01;f=f0:df:fn;w=2.*pi.*f;a=(1./(w.*r.*c).2;H=(1./(1+a).2;plot(f,H);xlabel(f);ylabel(H；實(shí)際圖形如下：H(jw) f/HZ 六、頻譜函數(shù)測(cè)試 1、測(cè)試步驟 1按下示波器電源“power； 2掃描時(shí)間“TIME/DIV到達(dá)0.2ms； 3將示波器“MODE到達(dá)“CH1；ACGNDDCDC 4將“VOLTS/DIS

6、到達(dá)“1； 5將 打到AC; (6)將同軸測(cè)試電纜連接到“CH1上，測(cè)試筆上的開(kāi)關(guān)推到“X1 校準(zhǔn)“CH1: 校準(zhǔn)“CH2： 2、用信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱上的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出正弦信號(hào)； 1接通電源實(shí)驗(yàn)箱后，閉合實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)箱右側(cè)邊； 2找到函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊實(shí)驗(yàn)箱右下角；按下個(gè)黃色按鈕，發(fā)光二極管亮，“MAX038模塊得電。同軸測(cè)試電纜上的鱷魚(yú)夾接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“GND，測(cè)試鉤接“輸出； 3找到跳線(xiàn)連接組，將跳線(xiàn)插在“JD4; 4將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K1201和K1202右下角同時(shí)打到右邊，可在示波器上看到正弦信號(hào)； 5調(diào)節(jié)占空比旋鈕和幅度旋鈕使得波形u=1(V)。 3、正確接入濾波器 1用導(dǎo)線(xiàn)接濾波器的

7、輸入端，另一端插入接信號(hào)信號(hào)發(fā)生器的輸出端； 2將示波器的同軸測(cè)試電纜CH2上的鱷魚(yú)夾接濾波器的“地端，測(cè)試鉤接“輸出； 3將示波器“MODE打到“DUAL，調(diào)節(jié)頻率旋鈕，觀察波形； 4根據(jù)規(guī)定當(dāng)輸出的為最大的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為截止頻率 。由1可知當(dāng) 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為截止頻率。 調(diào)節(jié)頻率旋鈕同時(shí)觀察輸出波形找到=0.707的波形。 5調(diào)節(jié)頻率f和電壓U，假設(shè)“未按下，可用 6線(xiàn)路連接如下： 將TIME/DIV打到1ms，將“VOLTS/DIS打到“1 波形如下列圖： CH1通道輸入信號(hào)，輸入電壓 始終為1V，調(diào)節(jié)頻率旋鈕，調(diào)節(jié)輸出電壓 數(shù)據(jù)記錄如下表： 4、數(shù)據(jù)處理：用MATLAB

8、仿真軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合datax1=5105,7021,8300,10250,11940,12800,14720,16720,20360,22950,25570,28280;datay1=;plot(datax1,datay1) 實(shí)際圖形如下： H(jw) f/Hz七、誤差分析=%E=%5%在誤差范圍內(nèi)八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 本次設(shè)計(jì)深刻理解了濾波器的工作特點(diǎn)，掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力，熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的根本方法，掌握專(zhuān)業(yè)論文報(bào)告的格式及流程，進(jìn)一步提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，為進(jìn)一步的深造打下了良好根底，進(jìn)一步提高自己的動(dòng)手實(shí)踐能

9、力，為進(jìn)一步的深造打下了良好根底。 1 由仿真結(jié)果可知，當(dāng)頻率為通帶3dB截止頻率時(shí)，輸出電壓約為最大輸出電壓的0、707倍，即。2 由仿真結(jié)果可知，高通濾波器削弱低頻信號(hào)，只放大頻率高于的信號(hào)。3 設(shè)計(jì)中，輸出波形沒(méi)有失真，說(shuō)明只要正反應(yīng)引入得當(dāng)，適當(dāng)控制放大倍數(shù)，就能在時(shí)使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，又不會(huì)因正反應(yīng)過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生自激振蕩。4 設(shè)計(jì)中，分析了濾波器的倍頻特性，求出了特性曲線(xiàn)的等效直線(xiàn)的斜率。5 設(shè)計(jì)中，從多方面分析了濾波器系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，并且考慮了系統(tǒng)受不同Q值的影響和系統(tǒng)穩(wěn)定性能。 設(shè)計(jì)存在問(wèn)題 本次課程設(shè)計(jì)我們主要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，首先分析了濾波器的原理，從而確定了各個(gè)組

10、成局部。在充分分析和掌握了各局部電路的工作原理后，進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)的計(jì)算和公式的推倒，最終掌握了具有一般性的相關(guān)公式。當(dāng)然，在公式的驗(yàn)算中為了簡(jiǎn)化公式，我們也采取了一些小技巧，如在確定滿(mǎn)足課題要求的情況下，令電容相等，從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，并沒(méi)有分析對(duì)其電路有何影響，且在設(shè)計(jì)電路的誤差分析、參數(shù)選擇的優(yōu)越性等存在缺乏。8、 心得體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我掌握了課程設(shè)計(jì)的根本思路和方法，掌握了課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的根本撰寫(xiě)方法，了解了根本的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。同時(shí)此次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)?數(shù)字信號(hào)處理原理?這門(mén)課程的根底知識(shí)和根本理論有了更深的理解和掌握，鍛煉了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，并在理論分析設(shè)計(jì)、計(jì)算制圖運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)與資料以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能了等方面得到了初步的訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。同時(shí)這次課程設(shè)計(jì)采用分組的形式進(jìn)行，鍛煉了我們的分工合作能力，同時(shí)培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。 這次課程設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步熟悉了計(jì)算工具軟件-MATLAB.并進(jìn)一步掌握了MATLAB的使用方法.對(duì)MATLAB語(yǔ)言的開(kāi)展和特點(diǎn)有了更深的了解，熟悉其工作環(huán)境，并掌握了MATLAB的根本語(yǔ)法，在其應(yīng)用方面也有了更深的了解，了解了MATLAB程序書(shū)寫(xiě)的一般思路及一般步驟，學(xué)會(huì)了用MATLAB解決復(fù)