科研訓(xùn)練論文文獻綜述書寫規(guī)范

1、學(xué)校代碼： 10128學(xué) 號： 200980191001 科研訓(xùn)練論文(文獻綜述)（題 目：模擬濾波器的設(shè)計學(xué)生姓名：毛散敦學(xué) 院：機械學(xué)院系 別：測控系專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級：測控09-1指導(dǎo)教師：徐永祥 黃凱征2012年6月29日模擬濾波器的設(shè)計摘 要：進入21世紀(jì)以來，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，與此同時，伴隨著超大規(guī)模集成電路的進步以及電子系統(tǒng)集成化趨勢的迫切需求，模擬集成電路的設(shè)計方法受到了人們的重視。低電壓、低功率CMOS模擬電路與電流模式集成電路由于具有諸多的優(yōu)點而成為當(dāng)前VLSI技術(shù)理論工作者和設(shè)計工程師所關(guān)注的熱點。模擬濾波器作為模擬集成電路的重要單元，其結(jié)構(gòu)

2、生成方法和電路設(shè)計可推廣至大規(guī)模集成電路設(shè)計，具有重要的參考價值和實用價值。濾波器是一種選頻裝置，可以是信號中特定的頻率成分通過，極大面積的衰減其他頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。廣義的講，任何一種傳輸通道都可視為濾波器。濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。關(guān)鍵字：濾波器、頻率、模擬、信號、電感、電容一、 濾波器概述：濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。主要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。濾波器一般有兩個端口

3、，一個輸入信號、一個輸出信號利用這個特性可以將通過濾波器的一個方波群或復(fù)合噪波，而得到一個特定頻率的正弦波。濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。     利用這個特性可以將通過濾波器的一個方波群或復(fù)合噪波，而得到一個特定頻率的正弦波。     濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。最基本的濾波器，是由一個電容器和一個電感

4、器構(gòu)成，稱為L型濾波。所有各型的濾波器，都是集合L型單節(jié)濾波器而成?；締喂?jié)式濾波器由一個串聯(lián)臂及一個并聯(lián)臂所組成，串聯(lián)臂為電感器，并聯(lián)臂為電容器，在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L型及型兩種。就L型單節(jié)濾波器而言，其電感抗XL與電容抗XC，對任一頻率為常系數(shù)，其關(guān)系為：          XL·XC=K2     故L型濾波器又稱為K常數(shù)濾波器。倘若一濾波器的構(gòu)成部分，較K常數(shù)型具有較尖銳的截止頻率（即對頻率范圍選擇性強），而同時對此截止頻率以外的其他頻率只

5、有較小的衰減率者，稱為m常數(shù)濾波器。所謂截止頻率，亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。通帶與帶阻濾波器都是m常數(shù)濾波器，m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數(shù)。每一m常數(shù)濾波器的阻抗與K常數(shù)濾波器之間的關(guān)系，均由m常數(shù)決定，此常數(shù)介于01之間。當(dāng)m接近零值時，截止頻率的尖銳度增高，但對于截止頻的倍頻之衰減率將隨著而減小。最合于實用的m值為0.6。至于那一頻率需被截止，可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。m常數(shù)濾波器對截止頻率的衰減度，決定于共振臂的有效Q值之大小。若達K常數(shù)及m常數(shù)濾波器組成級聯(lián)電路，可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。模擬濾波器可以分為無源和有源濾波器。 無源濾波器：這種電路主要有無源元

6、件R、L和C組成。 有源濾波器：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。 有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時還可以動態(tài)補償無功功率。其優(yōu)點是反映動作迅速，濾除諧波可達到95%以上，補償無功細致。缺點為價格高，容量小。由于目前國際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見的

7、有源濾波容量不超過600kvar。其運行可靠性也不及無源。 目前的主要濾波函數(shù)模型有巴特沃思，切比雪夫，貝塞爾，橢圓函數(shù)等模型，這些網(wǎng)絡(luò)模型全是全極點網(wǎng)絡(luò)，它們阻帶僅在無限遠處衰減趨于無窮大。波特沃斯濾波電路的幅頻響應(yīng)在通帶中具有最大平坦度，但從通帶到阻帶衰減較慢；切比雪夫濾波電路能迅速衰減，但允許通帶有一定的紋波，而且瞬態(tài)特性較差，上述兩種濾波器設(shè)計思想都是以理想幅頻響應(yīng)為目標(biāo)；而貝塞爾濾波電路著重于相頻響應(yīng)，其相移與頻率基本成正比，即群時延基本是恒定的，可得失真較小的波形，但其頻率選擇性比其他濾波器要差。還有一種橢圓函數(shù)濾波器，它既有極點和零點，電路比全極點濾波電路復(fù)雜，它的阻帶衰減曲線陡

8、峭，但是阻帶內(nèi)有旁瓣。它們均具有自己的電路模型，歸一化函數(shù)族，及其相關(guān)濾波器元件參數(shù)。二、濾波器作用及工作原理：濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件?！安ā笔且粋€非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時間函數(shù)。因為自變量時間是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時間信號，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。隨著數(shù)字式電子計算機技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機對信號進行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。 信息需要傳播，靠的就是

9、波形信號的傳遞。信號在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，有時，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了。濾波器工作原理是：用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)

10、器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。三、濾波器分類及其特點在電子測量技術(shù)中，常用的濾波方式有低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波、全通濾波等。不同類型的濾波器有不同的用途。低通濾波器（LPF）主要用于信號處于低頻，并且需要削弱高次諧波或抑制高頻干擾和噪聲的場合；高通濾波器（HPF）主要用于信號處于高頻并且需要削弱直流分量和低頻成分的場合；帶通濾波器（BPF）主要用來突出有用頻段的信號，削弱或抑制有用頻段以外的噪聲和干擾，常用于載波電路和弱信號提取；帶阻濾波器（BEF）主要用來抑制某一窄頻段的干擾，如50Hz工頻干擾。濾波器電路按有源無源可分為無源和有源兩種。無源濾波器主要包括LC濾波電路和RC濾波

11、電路兩種。有源濾波器是由RC網(wǎng)絡(luò)和運算放大器組成的。 濾波器電路中常用的器件包括：RC器件、LC器件、開關(guān)電容等。四、模擬濾波器歷史，現(xiàn)狀、未來 - 1917年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。20世紀(jì)50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計算機技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導(dǎo)致RC有源濾波器 、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到70年代后期，上述幾種濾波器的單

12、片集成已被研制出來并得到應(yīng)用。80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴大應(yīng)用范圍。90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。 隨著現(xiàn)代電子電路技術(shù)的發(fā)展,模擬濾波器已成為高精度大規(guī)模集成電路中的一個基本模塊,濾波器參數(shù)選擇的好壞將在一定程度上影響整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和噪聲指標(biāo)的好壞,如何更加精確地設(shè)計模擬濾波器參數(shù)是一個值得研究的課題。所以要求模擬濾波器參數(shù)精度高,參數(shù)調(diào)節(jié)方便,設(shè)計快速靈活,設(shè)計周期短,設(shè)計成本低,集成度高,抗干擾能力強,功耗低等優(yōu)點,將成為模擬濾波器的發(fā)展方向。6、 總 結(jié) 通過本次科研訓(xùn)練了解了在生物醫(yī)學(xué)電子測量系統(tǒng)中，模擬濾波器和放大器一樣，占有重要的地位。模擬濾波器在預(yù)處理電路中幾乎是不可少的，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，今后要求模擬濾波器參數(shù)精度越來越高,參數(shù)調(diào)節(jié)更方便,設(shè)計快速靈活,設(shè)計周期短,設(shè)計成本低,集成度高,抗干擾能力強,功耗低等優(yōu)點,將成為模擬濾波器向集成方向發(fā)展。也為往后的的測控電路設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。參考文獻1 張唯真，生物醫(yī)學(xué)電子學(xué) 2 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版) 清華大學(xué)電子學(xué)教研組、童詩白、 華成英 高等教育出版社 (平裝 - 2006-0