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)報(bào)告濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備1.在課程學(xué)習(xí)中對(duì)于濾波器的認(rèn)識(shí)濾波器主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)展處理，保存信號(hào)中的有用成分，去除信號(hào)中的無用成分。其按處理的信號(hào)可分為數(shù)字濾波器和模擬濾波器，按頻域特性分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器，按時(shí)域特性可分為有限長沖激響應(yīng)〔FIR〕濾波器和無限長沖激響應(yīng)〔IIR〕濾波器。低通濾波器：讓某一頻率以下的信號(hào)分量通過，而對(duì)該頻率以上的信號(hào)分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。高通濾波器：讓某一頻率以上的信號(hào)分量通過，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。帶通濾波器：是一個(gè)允許特定頻段的波通過同時(shí)屏蔽其他頻段的設(shè)備。比方RLC振蕩回路就是一個(gè)模擬帶通濾波器。Multisim是美國國家儀器〔NI〕推出的以Windows為根底的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。該軟件可實(shí)現(xiàn)的仿真的內(nèi)容：.器件建模及仿真；.電路的構(gòu)建及仿真；.系統(tǒng)的組成及仿真；.儀表儀器原理及制造仿真。.器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：.模擬器件〔二極管，三極管，功率管等〕；.數(shù)字器件〔74系列，COMS系列，PLD，CPLD等〕；在本次課設(shè)中，主要使用multisim的電路構(gòu)建及仿真。二、目標(biāo)分析及思路過程要求本課程設(shè)計(jì)要求自己設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)，構(gòu)成低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。利用Matlab或PSPICE或PROTEL或其他軟件仿真。對(duì)于課程設(shè)計(jì)題目，采用先畫出電路圖，再用仿真軟件進(jìn)展模擬的方式進(jìn)展。在模電課的學(xué)習(xí)中，對(duì)于濾波器的電路設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，而在完畢信號(hào)與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)之后，對(duì)濾波器也有了進(jìn)一步的了解，對(duì)課本上提供的范例加以剖析和應(yīng)用，就更能加深對(duì)此處知識(shí)的了解。a.二階有源低通濾波電路

二階有源低通濾波電路由兩節(jié)RC濾波電路和同向比例放大電路組成，其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。同向比例放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益，即A廣『4=1+(勺-1)R1/R傳遞函數(shù)的推導(dǎo)：Vo(s)Vp(s)=AVFVP(s)=Va(s)/(1+sRC)可得電路的傳遞函數(shù)為A(s)=A(s)=s2+上s+32Q,而Sc=1/RCQ=1/〔3-Avf〕故而：A(s)=A0Sc2/(S2+Scs/Q+wc2)其中，Sc為特征角頻率，Q為其等效品質(zhì)因數(shù)?，F(xiàn)在令f=1kHzc根據(jù)Sc=2nf計(jì)算出Sc=2nkrad/sVF選擇R的阻值為R1=R2=R=50kQ故C二

令R3=25kQR4=Rf=(AVF-1)R1kQ繪圖與仿真見第三局部b.二階高通濾波器假設(shè)將RC低通電路中的R和C的位置互換，就可得到RC高通電路。同理，將上圖二階有源低通濾波器電路中的R與C位置互換，那么可得到有源高通濾波電路。A（A（s）=s2+（3Q）S+32S2+（3Q）s+32c c c cQ=1/〔3-Avf〕Sc=1/RC現(xiàn)在令f=1kHzc選擇R的阻值為R1=R2=R=50kQ令R3=25kQR4=Rf=(AVF-1)R4kQ繪圖與仿真見第三局部將低通濾波器與高通濾波器相串聯(lián)可以構(gòu)成帶通濾波電路，條件是低通濾波電路截止頻率8H大于高通濾波器電路的截止頻率SL，兩者的覆蓋的通帶就構(gòu)成了一個(gè)帶通響應(yīng)?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，選擇用一個(gè)截止頻率為fH=10kHz的二階低通濾波器與截止頻率fL=100Hz的高通濾波器串聯(lián)，構(gòu)成所要求的帶通濾波器。先設(shè)定并計(jì)算該濾波器的參數(shù)。低通局部：截止頻率fH=10kHzSc=20nkHzSc=1/RC現(xiàn)令R1//R3=R2=10kQ計(jì)算得C1=C2令R5=68kQR4=39.8kQ高通局部：截止頻率fL=100HzSc=200nHzSc=1/RC現(xiàn)令R6=R7=Q計(jì)算得C3=C4=uf令R8=82kQR9=48kQ

繪圖與仿真見第三局部三、電路圖與波形圖電路圖:1 41 4110 40704fl0Ik4kIQk+0k1(K)k4Wk1MFrequency(Hz)旭J底U世■- I-[m1 4710 40704WIk4k10k 40k1(K)k4WkIMFrequency(Hz)旭生」叵?進(jìn)展交流小信號(hào)分析仿真，得到其幅頻響應(yīng)圖與相頻響應(yīng)圖。由幅頻響應(yīng)圖可見其低頻濾波特性。

2.有源高通濾波器電路圖：交流小信號(hào)分析1 4 710 4070 400Ik4k'Ok40k1(K)kFrequency(Hz)由幅頻響應(yīng)圖可見其高頻濾波特性。而當(dāng)頻率高于40k時(shí)，曲線出現(xiàn)下降是由于ua741的性能原因造成的。電路圖:C135.7kQ1kHz-R1>,R3j23.2kQ1071R2v-14kQC2Q2pF5U11000pFT0—V3丁12V3-=V412V-L01000400.1uF7-R4\-;R539.8kQ；68kQ40蒯10電路圖:C135.7kQ1kHz-R1>,R3j23.2kQ1071R2v-14kQC2Q2pF5U11000pFT0—V3丁12V3-=V412V-L01000400.1uF7-R4\-;R539.8kQ；68kQ40蒯10=I□田 -0IGOll：C3C40.1uF一R6...那gJo18kQ交流小信號(hào)分析8粵-',R,8OG121 4710 4070旭u叵”二4WIk4k10k 40k1(K)k 400kIMFrequency(Hz)由上圖可見其具有濾波特性。低通濾波器經(jīng)仿真后得到的波形較為理想，誤差也較小。高通濾波器的幅頻響應(yīng)圖后段出現(xiàn)下降為器件自身原因所致，并不是設(shè)計(jì)問題。帶通濾波器的fH、fL選擇合理，圖形比擬完整，在兩個(gè)截止頻率點(diǎn)的誤差也比擬小。四、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)完成過程雖然曲折漫長，可是卻在設(shè)計(jì)中對(duì)于模電和信號(hào)與系統(tǒng)中關(guān)于濾波器的知識(shí)進(jìn)展了更深層次的了解，通過自己的操作和設(shè)計(jì)，對(duì)于這局部知識(shí)也有了新的感悟和體會(huì)。另外，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)使用了Multisim11.0軟件，對(duì)于軟件的功能作了了解和拓展。通過訓(xùn)練，已經(jīng)可以在這個(gè)平臺(tái)上熟練地進(jìn)展電路圖的繪制和電路的仿真。這對(duì)于今后的學(xué)習(xí)也是大有裨益的。課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，讓人學(xué)會(huì)去獨(dú)立思考去完