語音濾波器地設(shè)計(jì)-模電課設(shè)

課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：模擬電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：語音濾波器的設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：學(xué)號：姓名：評分：教師：2013年3月13日模擬電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2012－2013學(xué)年第2學(xué)期第1周－3周題目語音濾波器內(nèi)容及要求一、設(shè)計(jì)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(jìn)度安排第1周：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)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(jì)；第3周：檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫課設(shè)報(bào)告。學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓311室任務(wù)下達(dá)2013年2月25日任務(wù)完成2013年3月15日考核方式1.評閱eq\o\ac(□,√)2.答辯□3.實(shí)際操作eq\o\ac(□,√)4.其它□指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。摘要低通濾波器是一個(gè)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(yīng)為零。有源濾波器是指由放大電路及RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波器電路，它實(shí)際上是一種具有特定頻率相應(yīng)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(luò)的階數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算月頻繁，電路的調(diào)試愈加困難。本次設(shè)計(jì)的一個(gè)帶通濾波器，將一級二階低通濾一級二階高通濾波器級聯(lián)。考慮到我們現(xiàn)在的知識水平，我們主要學(xué)會有源濾波器的應(yīng)用，運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成的有源濾波器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)放，并且加了RC網(wǎng)絡(luò)，加大幅頻特性衰減斜率，以達(dá)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(yùn)放RC網(wǎng)絡(luò)目錄前言 4第一章設(shè)計(jì)任務(wù) 51.1課設(shè)題目 51.2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 5第二章電路設(shè)計(jì)原理 52.1濾波器的頻率特性 5第三章濾波器設(shè)計(jì)方案 73.1設(shè)計(jì)思路 73.2單元電路的設(shè)計(jì) 83.2.3高通濾波器的設(shè)計(jì) 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1 19第一章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1課設(shè)題目 語言濾波器1.2設(shè)計(jì)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 ①通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。②阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號功率衰減到1/2(約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。④固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)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QUOTE

——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Av0.707AvAv0.707Av(b)Av0.707Avfc(c)Av0.707Avfc圖2.2.1濾波器的幅頻特性曲線.第三章濾波器設(shè)計(jì)方案3.1設(shè)計(jì)思路考慮到實(shí)用性，帶負(fù)載能力要比較強(qiáng)，要滿足輸入阻抗應(yīng)足夠高，輸出阻抗應(yīng)夠小；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(shí)際做板子時(shí)，衰減頻率沒有達(dá)到40db/10倍頻程，所以要考慮到將幾個(gè)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(gè)高通和一個(gè)低通的濾波電路級聯(lián)而成，再級聯(lián)上一個(gè)帶通的濾波電路，提高衰減頻率。電路的增益Av=10，在設(shè)計(jì)電路時(shí)計(jì)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(jì)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(jì)原理：一個(gè)一級低階低通濾波器與一個(gè)一級高通濾波器的級聯(lián)，然后帶通就可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)QUOTE=Q=0.707Av=1+R4/R3設(shè)計(jì)表電路元件值A(chǔ)v1246810R11.4221.1260.8240.1670.5210.462R25.3992.2501.5372.0512.4292.742R3開路6.7523.1483.2033.3723.560R406.7529.44416.01223.60232.039C10.33CC2C2C2C2C注：設(shè)計(jì)表的公式：K=QUOTE（如帶通、帶組K=100/f0C）因?yàn)閒c=3000Hz，由表2選C=47uF，因?yàn)镵=QUOTE,K=3.3選Av=2；所以由表3得：R3=3.5;R4=32;C=C1=.47nF3.2.3高通濾波器的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)表3.2.3二階高通濾波器（巴特沃斯）設(shè)計(jì)表無限增益多路反饋電路電路形式性能參數(shù)QUOTE=Q=0.707Av=-C/C1設(shè)計(jì)表Av12510R10.7500.9001.03251.072R23.3765.62712.37923.634C1C0.5C0.2C0.1C由表2選C=47nF，所以K=3.3C1=94nF；所以設(shè)計(jì)的電路圖為：R3=1,R4=3.4,C3=C4=C5=470nF所以設(shè)計(jì)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(jì)由于一個(gè)高通和一個(gè)低通組成的帶通的衰減頻率沒有達(dá)到要求，所再級聯(lián)上個(gè)一二階的帶通濾波電路f0=1650；Av=1；因?yàn)閒0=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?yàn)閣0=1/（RC）；所以;R1=470,R2=2.7,R5=3.5,R6=32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(jì)圖 4.2仿真結(jié)果將所設(shè)計(jì)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(jìn)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：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+QUOTE,可知，R4越大增益越大，所以在增益達(dá)不到時(shí)，調(diào)大R4，但是由于該電路是采用壓控電壓源電路，當(dāng)增益一大于2，波形就會有點(diǎn)失真，所以R4的值一般調(diào)到20K左右，由于該設(shè)計(jì)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(gè)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(dāng)R4=32K,R12=3.5K，增益比較理想。2)中心頻率問題由電路的指標(biāo)fL=300Hz,fH=3000Hz，可知電路的中心頻率是1650Hz，在調(diào)試板子時(shí)，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(dá)到要求，但是第三級的帶通濾波器的中心頻率對整個(gè)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(gè)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(shí)，中心頻率比較理想。截止頻率上60db/10倍頻程，因?yàn)榈谌壍膸V波器的通頻帶中不是一條橫線，而是一條拋物線，導(dǎo)致fL變大，fH變小，整個(gè)電路的通頻帶變窄，所以在調(diào)試第一級第二級時(shí)應(yīng)將通頻帶調(diào)大，根據(jù)f=可知，因?yàn)閒L太大，所以R應(yīng)該大一點(diǎn)，同理可知控制高通的R應(yīng)該小一點(diǎn)，所以圖3.2.2中的R1應(yīng)該變大點(diǎn)，現(xiàn)在取R1=470，圖3.2.3中的R5應(yīng)該小一點(diǎn)。取R5=3.5k。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(jì)利用了二階有源低通濾波電路和一個(gè)二階有源高通濾波電路級聯(lián)成一個(gè)帶通電路，又在此基礎(chǔ)上級聯(lián)一個(gè)二階有源帶通濾波電路，增加衰減頻率。因在實(shí)驗(yàn)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