濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)講學(xué)

1、信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備1. 在課程學(xué)習(xí)中對(duì)于濾波器的認(rèn)識(shí)濾波器主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，保留信號(hào)中的有用 成分，去除信號(hào)中的無用成分。其按處理的信號(hào)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(shí)域特性可分為有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（FIR ）濾波器和無限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（IIR ）濾波器。低通濾波器：讓某一頻率以下的信號(hào)分量通過，而對(duì)該頻率以上的信號(hào)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(hào)分量通過，而對(duì)該頻率以下的信號(hào)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(gè)允許特定頻段的波通過

2、同時(shí)屏蔽其 他頻段的設(shè)備。比如 RLC振蕩回路就是一個(gè)模擬帶通濾波 理2. 對(duì)于使用的模擬軟件的簡(jiǎn)單介紹Multisim 是美國(guó)國(guó)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(jí)的模擬/數(shù)字電路板 的設(shè)計(jì)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(shí)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

3、次課設(shè)中，主要使用 multisim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(jì)要求自己設(shè)計(jì)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(shí)對(duì)于課程設(shè)計(jì)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(duì)于濾波器的電路 設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，而在結(jié)束信號(hào)與系統(tǒng)的學(xué)習(xí)之后，對(duì)濾 波器也有了進(jìn)一步的了解，對(duì)課本上提供的范例加以剖析和 應(yīng)用，就更能加深對(duì)此處知識(shí)的了解。3. 局部設(shè)計(jì)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

4、組成，其特點(diǎn)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Ao=A/f傳遞函數(shù)的推導(dǎo):Vp(s)Vo(s)AVFVp(s) = Va(s)/(1+sRC)可得電路的傳遞函數(shù)為Qs而？ c=1/RCQ=1/( 3- Avf)故而：A(s)=A o? c2/(s2+? cs/Q+ Wc2)其中，？c為特征角頻率，Q為其等效品質(zhì)因數(shù)?，F(xiàn)在令fc=1kHz根據(jù)？ c=2 n計(jì)算出？ c=2 n rad/s根據(jù)Q=0.707可計(jì)算得 Avf=1.5856選擇R的阻值為 R仁R2=R=50k Q故 C=3.183nf令 R3=25k QR4=Rf=(A vf- 1)R

5、 1=14.64 k Q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電路中的 與C位置互換，則可得到有源高通濾波電路。傳遞函數(shù)為：A(s)A/fS2s2 ( c Q)sc2As2s2 ( c Q)sc2Q=1/( 3- Avf) ? c= 1/RC現(xiàn)在令fc=1kHz選擇R的阻值為 R仁R2=R=50k Q故 C=3.183nf令 R3=25k QR4=Rf=(A vf-1)R4=14.64 k Q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

6、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(gè)帶通響 應(yīng)?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，選擇用一個(gè)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(jì)算該濾波器的參數(shù)。低通部分：截止頻率fH=10kHz? c=20 iikHz? c= 1/RC現(xiàn)令 R1/R3=R2=10k Q計(jì)算得 3= C2=1.592nf令 R5=68 kQR4=39.8 k Q高通部分：截止頻率fL=100Hz? c=200 nHz? c= 1/RC現(xiàn)令 R6=R7=0.5k Q計(jì)算得 C3=C4=0.1uf令 R8=82k

7、QR9=48 k Q47 1040 70400 Ik 4k 10k40k 100k400k IMFreqency(Hz)Freqency(Hz)進(jìn)行交流小信號(hào)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。47 1040 70400 Ik4k 10k4)k 100kFrequency (Hz)4k4Dk IDOk4070400Frequency (Hz)g -3 60 rm卜、桁-1001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(shí)，曲線出現(xiàn)下降是由于 ua741的性能原因造成的。47 1040 70400 Ik 4k 10k40k 100k400k IMFreq

8、jency(Hz)由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(jì)問題。帶通濾波器的fH、fL選擇合理，圖形比較完整，在兩個(gè)截止頻率點(diǎn)的誤差也比較小。四、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)完成過程雖然曲折漫長(zhǎng)，可是卻在設(shè)計(jì)中 對(duì)于模電和信號(hào)與系統(tǒng)中關(guān)于濾波器的知識(shí)進(jìn)行了更深層 次的了解，通過自己的操作和設(shè)計(jì)，對(duì)于這部分知識(shí)也有了 新的感悟和體會(huì)。另外，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)使用了Multisimll.O軟件，對(duì)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(gè)平臺(tái)上熟練地進(jìn)行電路圖的繪制和電路的仿真。這對(duì)于今 后的學(xué)習(xí)也是大有裨益的。課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，讓人學(xué)會(huì)去獨(dú)立思考去完成公關(guān) 與任務(wù)，也使