濾波器的設計與實現(xiàn)

信號與系統(tǒng)課程設計報告濾波器的設計與實現(xiàn)課程設計準備1.在課程學習中對于濾波器的認識濾波器主要功能是對信號進展處理，保存信號中的有用成分，去除信號中的無用成分。其按處理的信號可分為數(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，按時域特性可分為有限長沖激響應〔FIR〕濾波器和無限長沖激響應〔IIR〕濾波器。低通濾波器：讓某一頻率以下的信號分量通過，而對該頻率以上的信號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分量通過，而對該頻率以下的信號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：是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設備。比方RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。Multisim是美國國家儀器〔NI〕推出的以Windows為根底的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。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。該軟件可實現(xiàn)的仿真的內(nèi)容：.器件建模及仿真；.電路的構建及仿真；.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〕；在本次課設中，主要使用multisim的電路構建及仿真。二、目標分析及思路過程要求本課程設計要求自己設計電路系統(tǒng)，構成低通濾波器、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。對于課程設計題目，采用先畫出電路圖，再用仿真軟件進展模擬的方式進展。在模電課的學習中，對于濾波器的電路設計有了初步認識，而在完畢信號與系統(tǒng)的學習之后，對濾波器也有了進一步的了解，對課本上提供的范例加以剖析和應用，就更能加深對此處知識的了解。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：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為其等效品質因數(shù)。現(xiàn)在令f=1kHzc根據(jù)Sc=2nf計算出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成了一個帶通響應?，F(xiàn)在設計一個帶通濾波器，選擇用一個截止頻率為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)，構成所要求的帶通濾波器。先設定并計算該濾波器的參數(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?進展交流小信號分析仿真，得到其幅頻響應圖與相頻響應圖。由幅頻響應圖可見其低頻濾波特性。

2.有源高通濾波器電路圖：交流小信號分析1 4 710 4070 400Ik4k'Ok40k1(K)kFrequency(Hz)由幅頻響應圖可見其高頻濾波特性。而當頻率高于40k時，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圖后段出現(xiàn)下降為器件自身原因所致，并不是設計問題。帶通濾波器的fH、fL選擇合理，圖形比擬完整，在兩個截止頻率點的誤差也比擬小。四、課程設計心得體會這次課程設計完成過程雖然曲折漫長，可是卻在設計中對于模電和信號與系統(tǒng)中關于濾波器的知識進展了更深層次的了解，通過自己的操作和設計，對于這局部知識也有了新的感悟和體會。另外，在課程設計中，學習使用了Multisim11.0軟件，對于軟件的功能作了了解和拓展。通過訓練，已經(jīng)可以在這個平臺上熟練地進展電路圖的繪制和電路的仿真。這對于今后的學習也是大有裨益的。課程設計的整個過程，讓人學會去獨立思考去完