濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、信號與系統(tǒng)課程設(shè)計報告 濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)一、 課程設(shè)計準(zhǔn)備1.在課程學(xué)習(xí)中對于濾波器的認(rèn)識 濾波器主要功能是對信號進(jìn)行處理，保留信號中的有用成分，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(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

2、屏蔽其他頻段的設(shè)備。比如RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。2.對于使用的模擬軟件的簡單介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)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：1器件建模及仿真； 2電路的構(gòu)建及仿真； 3系統(tǒng)的組成及仿真； 4儀表儀器原理及制造仿真。 5器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 6. 模擬器件（二極管，三極管，功率管等）； 7. 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mult

3、isim的電路構(gòu)建及仿真。二、目標(biāo)分析及思路過程1.目標(biāo)要求本課程設(shè)計要求自己設(shè)計電路系統(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。2.目標(biāo)總體認(rèn)識對于課程設(shè)計題目，采用先畫出電路圖，再用仿真軟件進(jìn)行模擬的方式進(jìn)行。在模電課的學(xué)習(xí)中，對于濾波器的電路設(shè)計有了初步認(rèn)識，而在結(jié)束信號與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)之后，對濾波器也有了進(jìn)一步的了解，對課本上提供的范例加以剖析和應(yīng)用，就更能加深對此處知識的了解。3.局部設(shè)計思路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

4、電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益，即A0=傳遞函數(shù)的推導(dǎo)：Vp(s) = VA(S)/(1+sRC)可得電路的傳遞函數(shù)為而c=1/RCQ=1/（3- AVF）故而：A(s)=A0c/(s+cs/Q+ wc)其中，c為特征角頻率，Q為其等效品質(zhì)因數(shù)。現(xiàn)在令fc=1kHz根據(jù)c=2f計算出c=2k rad/s根據(jù)Q=0.707可計算得AVF=1.5856選擇R的阻值為R1=R2=R=50k故C=3.183nf令R3=25kR4=Rf=(AVF-1)R1=14.64 k繪圖與仿真見第三部分b.二階高通濾波器若將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

5、電路中的R與C位置互換，則可得到有源高通濾波電路。傳遞函數(shù)為：Q=1/（3- AVF）c= 1/RC現(xiàn)在令fc=1kHz選擇R的阻值為R1=R2=R=50k故C=3.183nf令R3=25kR4=Rf=(AVF-1)R4=14.64 k繪圖與仿真見第三部分c.有源帶通濾波器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H大于高通濾波器電路的截止頻率L，兩者的覆蓋的通帶就構(gòu)成了一個帶通響應(yīng)?，F(xiàn)在設(shè)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(gòu)成所要求的帶通濾波器。先設(shè)定并計算該濾波器的參數(shù)。低通

6、部分：截止頻率fH=10kHzc=20kHzc= 1/RC現(xiàn)令R1/R3=R2=10k計算得C1=C2=1.592nf令R5=68 kR4=39.8 k高通部分：截止頻率fL=100Hzc=200Hzc= 1/RC現(xiàn)令R6=R7=0.5k計算得C3=C4=0.1uf令R8=82kR9=48 k繪圖與仿真見第三部分三、電路圖與波形圖1.有源低通濾波器電路圖：進(jìn)行交流小信號分析仿真，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： 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，曲線出現(xiàn)下降是由于ua741的性能原因造成的。3.有源帶通濾波器電路圖：由

7、上圖可見其具有濾波特性。4.結(jié)果分析 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)計問題。帶通濾波器的fH、fL選擇合理，圖形比較完整，在兩個截止頻率點的誤差也比較小。四、課程設(shè)計心得體會這次課程設(shè)計完成過程雖然曲折漫長，可是卻在設(shè)計中對于模電和信號與系統(tǒng)中關(guān)于濾波器的知識進(jìn)行了更深層次的了解，通過自己的操作和設(shè)計，對于這部分知識也有了新的感悟和體會。另外，在課程設(shè)計中，學(xué)習(xí)使用了Multisim11.0軟件，對于軟件的功能作了了解和拓展。通過訓(xùn)練，已經(jīng)可以在這個平臺上熟練地進(jìn)行電路圖的繪制和電路的仿真。這對于今后的學(xué)習(xí)也是大有裨益的。課程設(shè)計的整個過程，讓人學(xué)會去獨立思考去完成公關(guān)與任務(wù)，也使思維得到鍛煉。在對于軟件不