滤波器设计报告

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 1 of 11 燕山大学 电电 子子 技技 术术 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题目 题目 三频率信号合成分离器三频率信号合成分离器 学院 系 学院 系 信息学院信息学院 年级专业 年级专业 1212 光电子光电子 1 1 班班 学学 号 号 8 8 学生姓名 学生姓名 张艳魁张艳魁 指导教师 指导教师 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 2 of 11 燕山大学课程设计 论文 任务书燕山大学课程设计 论文 任务书 院 系 信息学院 基层教学单位 12 光电子 1 班 学 号 8 学生姓名张艳魁专业 班级 12 光电子 1 班 设计题目 三频率信号合成分离器 设 计 技 术 参 数 设计一个能将一个三个频率信号合成信号中各个频率分离出来的电路 合 成信号的三个频率分别为 例kHzf1 1 kHzf100 2 kHzf500 3 如合成信号形式为 2sin 2sin 2sin 321 tftftftS 设 计 要 求 1 能将三个频率的信号分别提取出来 其它频率的信号干扰尽量小 2 当某一路分离出的信号幅值超过 5V 则点亮对应指示灯 3 分离信号用的滤波器至少是 2 阶有源的 4 对设计的滤波器的各项参数指标要有细致的分析 包括幅频特性 相 频特性 带宽等各种关键技术指标 5 设计完成经过仿真验证后 使用 ultiboard 9 生成电路板 工 作 量 2 周 工 作 计 划 第一周把每一部分做好 模拟出结果 第二周把各个模块连接起来 综合调试 撰写报告 答辩 参 考 资 料 基于 Multisim10 的电子电路设计 仿真与应用 卢艳红主 编 李峰 虞沧编著 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 3 of 11 指导教师签字基层教学单位主任签字 一一 设计要求设计要求 1 能将三个频率的信号分别提取出来 其它频率的信号干扰尽量小 2 当某一路分离出的信号幅值超过 5V 则点亮对应指示灯 3 分离信号用的滤波器至少是 2 阶有源的 4 对设计的滤波器的各项参数指标要有细致的分析 包括幅频特性 相频特性 带宽等各种关键技术指标 5 设计完成经过仿真验证后 使用 ultiboard 9 生成电路板 二 二 设计方案设计方案 三频率合成滤波器由四个模块组成 分别为 频率合成模块 滤波模块 峰值检出模块 峰值比较及亮灯模块 集成运放是模拟电路中的重要器件 本次设计大量运用集成运放 运用集 成运放型号为 LM358 LM358 主要特点 可单电源或双电源工作 供电电压 16V 16V 功耗 小 在一个封装内封装两个放大器 如图所示 频率范围宽 失调电压 2mV 5mV 价格低 五毛钱一片 1 频率合成模块 将三个不同频率的信号合成为一个信号 方便传输 单条线可传输三个信号 节约传输成本 2 滤波模块 将三个不同频率的信号分别滤出 得到原始信号 也可以 滤除噪声 3 峰值检出模块 输出信号峰值超过 5V 算有正常信号输出 所以需要 峰值检出模块 求得峰值 4 峰值比较模块 将检出的峰值与 5V 比较 大于 5V 时 点亮 LED 指 示灯 三 三 系统工作原理系统工作原理 1 频率合成模块原理图及仿真结果 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 4 of 11 左侧是三个信号发生器 公共端接地 输出信号为双极性正弦信号 后面为两级模 拟信号加法求和电路 双踪示波器的 A B 通道分别显示一级加法求和电路和二级加法 球和电路输出信号 模拟结果如下图所示 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 5 of 11 如上图 信号频率分别为 1kHz 100kHz 500kHz 如图仿真结果表示 仿真电路可用 2 二阶低通滤波器电路及仿真结果 二阶低通滤波器电路图如图所示 31 线为输入端 将合成的信号从 31 输入 经过滤 波器 将 100kHz 信号和 500kHz 信号滤掉 剩下 1kHz 信号 滤波器设计时 主要调节 R1 R2 C1 C2 的值 这四个参数的值与截止频率有很大关系 关系式如下 Wc 2 1 R1R2C1C2 故 根据此关系式 合理设置 R1 R2 C1 C2 便可以得到期望的满足要求的截止频 率 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 6 of 11 用波特图仪测得截止频率图如下图 可以看出 低通滤波器不能一下把高频信号截止掉 而是随着频率增加而截止作 用越强 3 2kHz 时候增益为 7 5dB 能滤除掉本次课设中的高频信号 用滤波器看总仿真结果如图所示 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 7 of 11 3 二阶带通滤波器电路及仿真结果 二阶带通滤波器电路图如图所示 31 线为输入端 将合成的信号从 31 输入 经过滤 波器 将 1kHz 信号和 500kHz 信号滤掉 剩下 100kHz 信号 滤波器设计时 主要调节 R1 R2 C1 C2 的值 这四个参数的值与截止频率有很大关系 关系式如下 Wc 2 1 R15C 2 1 R13 1 R14 故 根据此关系式 合理设置 R13 R14 R15 C3 C4 便可以得到期望的满足要求 的截止频率 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 8 of 11 波特图仪测量结果如下 如图可以看出 在 100kHz 附近的通过较好 有些损耗 可以接受 在 1kHz 和 500kHz 时截止效果较好 所以滤波器设计成功 能够达到设计要求 用示波器效果如图所示 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 9 of 11 4 二阶高通滤波器电路及仿真结果 电路原理图如图所示 二阶高通滤波器电路图如图所示 31 线为输入端 将合成的信号从 31 输入 经过滤 波器 将 1kHz 信号和 100kHz 信号滤掉 剩下 500kHz 信号 滤波器设计时 主要调节 R20 R21 C5 C6 的值 这四个参数的值与截止频率有很大关系 关系式如下 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 10 of 11 Wc 2 1 R20R21C5C6 故 根据此关系式 合理设置 R13 R14 R15 C3 C4 便可以得到期望的满 足要求的截止频率 波特图仪显示波形如下 在 500kHz 时候通过率比较好 可以接受 能满足要求 设计成功 5 峰值检出电路及仿真结果 示波器波形如下 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 Page 11 of 11 6 峰值比较及点亮 LED 电路及仿真结果 峰值比较电路及点亮 LED 灯的电路如图所示 电压值高于 5V 时集成运放输出 高电压 后面接 LED 灯和一个分压限流电阻 防