切比雪夫濾波器設(shè)計和仿真

1、切比雪夫濾波器設(shè)計和仿真-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)INGBIAN切比雪夫濾波器設(shè)計和仿真摘要：濾波器是一種常見的電路形式，在電子線路中有廣泛的應(yīng)用。濾波器 的設(shè)訃在這些領(lǐng)域中是必不可缺的。濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時 抑制(或衰減)無用頻率信號的電子電路或裝置。按照不同的頻域或時域特性要 求，可分巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫型(Chebyshev) 貝塞爾型 (Bessel)橢圓型(Elliptic),這些都是屬于模擬低通濾波器。切比雪夫型濾波器 的特點是通帶內(nèi)增益有起伏。本文介紹的是借助Multisim 10仿真實現(xiàn)二階切比 雪夫低通

2、有源濾波器的設(shè)計。關(guān)鍵詞：濾波器；頻域或時域特性；切比雪夫；MultisimlOChebyshev LPF's design and emulationAbstrac： Filter would completely eliminate signals above the cutoff frequency, and perfectly pass signals below the cutoff frequency .In real filters, various rade-offs are made to get optimum performance for a given app

3、lication. There are manybooks that provide information on popular filter types like the Butterworth, Bessel, and Chebyshev filters, just to name few Chebyshev filters are designed to have ripple in the pass-band, but steeper roll off after the cutoff frequency. Cutoff frequency is defined as the fre

4、quency at which the response falls below the ripple band. For a given filter order, a steeper cutoff can be achieved by allowing more pass-band ripple. The transient resp onse of a Chebyshev filter to a pulse in put shows more overshoot and ringing than a Butterworth filter.Key Words:Filter ； popula

5、r filter types； Chebyshev function； Multisim 10引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，濾波技術(shù)在通信、測試、信號處理、數(shù)據(jù)采集和 實時控制等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。濾波器的設(shè)訃在這些領(lǐng)域中是必不可缺 的，有時其至是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。比如說，在通信領(lǐng)域，常常利用種濾波器來抑 制噪聲，去除干擾，以提高信噪比。隨著電子計算機的普及和材料科學(xué)的進(jìn)步， 各種各樣的濾波器的輔助設(shè)計軟件也得以不斷推出，設(shè)計人員可以選擇高功效的 濾波器芯片及設(shè)計軟件而獲得所需要的電路性能。本文所介紹的二階切比雪夫濾波器。首先熟悉二階有源濾波器的幅頻特性， 然后掌握二階有源濾波器的快速設(shè)計方法

6、，用Multisim 10進(jìn)行電路仿真，觀察 其幅頻特性。本文介紹的切比雪夫濾波器的阻帶衰減特性則較巴特沃斯濾波器有 所改善。與橢圓型濾波器相比具有較平的通帶幅頻特性。切比雪夫濾波器帶內(nèi)有 起伏，但過渡帶比較陡峭。本課題的任務(wù)：本課題的任務(wù)設(shè)計并仿真一個運用Multisim 10實現(xiàn)切比雪 夫濾波器，該濾波器具備以下條件：1. 功能要求：根據(jù)給定的參數(shù)，應(yīng)用Multisim語言實現(xiàn)切比雪夫低通濾波器的設(shè)。2. 參數(shù)要求：頻率0Hz，通帶波紋ldB3. 仿真要求：實現(xiàn)3dB帶寬為3400Hz的切比雪夫低通濾波器。1濾波器濾波器的功能濾波器的分類2無源濾波電路及其幅頻特性1無源濾波電路如圖lo圖1

7、無源濾波器及它的幅頻特性可以得出電壓放大倍數(shù)為:_帶通截秋瞬冷 有對數(shù)幅頻特性，具有“低通”的特性。電路缺點：電壓放大倍數(shù)低，只有1,且?guī)ж?fù)載能力差。 解決方法：利用集成運放和RC電路組成有源低通濾波器。3有源濾波電路及其特性在無源濾波電路和負(fù)載之間加一個高輸入電阻，低輸出電阻的隔離電路， 最簡單的方法是加一個電壓跟隨器，這樣即構(gòu)成有源濾波電路，如圖下圖所 示。表明：在集成運放功耗允許的情況下，負(fù)載發(fā)生變化時，Uo總是隨電壓差 Up而變，放大倍數(shù)的表達(dá)式不變，頻率特性也不變。即負(fù)載不影響濾波特 性。圖2有源濾波電路3UO1 八+n=巳一 =%-%/ J丿有源低通濾波器特性一階低通有源濾波器二階

8、低通有源濾波器圖3一階低通有源濾波辭R3 a Rf V-WvJ J?二階有源低通濾波電路4 切比雪夫濾波器切比雪夫濾波的簡介 切比雪夫濾波有關(guān)參數(shù)的確定方法雪是通帶邊界頻率，一般是預(yù)先給定的。s是與通帶波動有關(guān)的一個參數(shù),通帶波動5表示成M嘰囤（皿冰式中，片“OGLt,表示通帶幅度響應(yīng)的最大值，而1yl + £2故5 = 101g(l + /)£ 因而，=io五_可以看岀，給定通帶波紋值頁8）后，就能求得這里應(yīng)注意，通帶衰減 值不一定是3dB,也可以是其他值，隨給定的5值而定，例如J = O.k/B等。階數(shù)N對濾波器特性有極大的影響，N越大，逼近特性越好，但是相應(yīng)的濾波器結(jié)

9、構(gòu)也越復(fù)雜。N的值是根據(jù)阻帶的邊界條件來確定的，當(dāng)Q = Qr時,從而*牛吟少刪殆k E®RJ Sirs Tfytfir Jco*Mt將此條件代入Vv(x)=cosh(N arcosh x)川1?得到N 二"cosh(J才 i/J6/rcosh(flr )因此，要求阻帶邊界頻率處的衰減越大，也就是過渡帶內(nèi)幅頻特性越陡，則 需用的階數(shù)N越高。5.設(shè)計思路6 設(shè)計步驟4-±-二階無限増益名路反饋切比雪夫低通濾波器電路圖7. Multisim 10 仿真Multisim 10 概述繪制原圖-1、>UT3XBP1用波特圖示儀觀察其幅頻特性并記錄臥 El- E* EE

10、P E* E- ffl- E-臥lolr"nIBIHra.;-一 一 I3T r,*l2!E( ”ffl結(jié)論本文從濾波器的基本要點出發(fā)，山無源濾波器到有源濾波器，有源低通濾波 器，一階有源低通、二階有源低通，循序漸進(jìn)，觀察它們的濾波器特性，最后引 入到切比雪夫濾波器的設(shè)訃。通過公式的運用和查表訃算出電路的參數(shù)，并畫出 了電路圖，最終設(shè)計出了二階切比雪夫低通濾波器。利用了 Multisim 10仿真觀 察了它的幅頻特性，了解了它的特點。通過次論文的寫作讓我對濾波器的相關(guān)知 識有了進(jìn)一步的認(rèn)識，同時也學(xué)會了 Multisim 10軟件的操作。參考文獻(xiàn)1 彭磊，張建平.濾波技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版，1998： 227.2 王宇航，姚育等.濾波器的分析及應(yīng)用J.電機與控制學(xué)報，2003, 32(刀：673.3 胡漢起.無源濾波器應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，1991： 184.4 楊廣，梁瑞生，羅仁華.多通道窄帶濾波器設(shè)計J.中國激光，2001,19(4)： 143.江友華，唐忠.混合有源濾波器多tl標(biāo)優(yōu)化設(shè)計卩物理學(xué)報，2001, 19(4): 143-王一凡，羅正祥等.廣義切比雪夫濾波器等效電路參數(shù)的提取J.航空材料 學(xué)報，2001, 21(2)： 1