滤波器的设计与实现

1、一滤波器的设计与实现一、课程设计准备1. 在课程学习中对于滤波器的认识滤波器主要功能是对信号进行处理，保留信号中的有用 成分，去除信号中的无用成分。其按处理的信号可分为数字 滤波器和模拟滤波器，按频域特性分为低通、高通、带通、 带阻滤波器，按时域特性可分为有限长冲激响应（）滤波器 和无限长冲激响应（）滤波器。低通滤波器：让某一频率以下的信号分量通过，而对该 频率以上的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的 组合装置。高通滤波器：让某一频率以上的信号分量通过，而对该 频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的 组合装置。带通滤波器：是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其 他频段的设备

2、。比如振荡回路就是一个模拟带通滤波器。2. 对于使用的模拟软件的简单介绍是美国国家仪器（）有限公司推出的以为基础的仿真工 具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。 它包含了电 路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰 富的仿真分析能力。该软件可实现的仿真的内容:1. 器件建模及仿真；2. 电路的构建及仿真；3. 系统的组成及仿真；4. 仪表仪器原理及制造仿真。5. 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：6. 模拟器件（二极管，三极管，功率管等）；7. 数字器件（74系列，系列，等）； 在本次课设中，主要使用的电路构建及仿真。二、目标分析及思路过程1. 目标要求本课程设计要求自己

3、设计电路系统，构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。利用或或或其他软件仿真。2. 目标总体认识对于课程设计题目，采用先画出电路图，再用仿真软件进 行模拟的方式进行。在模电课的学习中，对于滤波器的电路 设计有了初步认识，而在结束信号与系统的学习之后，对滤 波器也有了进一步的了解，对课本上提供的范例加以剖析和 应用，就更能加深对此处知识的了解。3. 局部设计思路a. 二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路由两节滤波电路和同向比例放 大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。同向比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益，即Ao= AvfA 1 (Avf 1)Ri传递函数的推导:Vp(

4、s)Vo(s)AVF(s) =(s)/(1)可得电路的传递函数为Qs而？ 11/( 3-)故而：A(s)o? c2/(2?2)其中，？c为特征角频率，Q为其等效品质因数。现在令1根据？ 2 n计算出？ 2水根据0.707可计算得1.5856选择R的阻值为R1250k Q故 3.183令 R3=25k QR4(1)R1=14.64 k Q绘图与仿真见第三部分b. 二阶高通滤波器若将低通电路中的 R和C的位置互换，就可得到高通电 路。同理，将上图二阶有源低通滤波器电路中的R与C位置互换，则可得到有源高通滤波电路。Avfs2传递函数为：A(s)S2( c Q)sApSs2 ( c Q)sc21/(

5、3-现在令 选择R的阻值为R1250k Q故 3.183令 R3=25k QR4(1)R4=14.64 k Q绘图与仿真见第三部分c. 有源带通滤波器将低通滤波器与高通滤波器相串联可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路截止频率？ H大于高通滤波器电路的截止频率？ L，两者的覆盖的通带就构成了一个带通响 应。现在设计一个带通滤波器，选择用一个截止频率为10的二阶低通滤波器与截止频率 100的高通滤波器串联，构成 所要求的带通滤波器。先设定并计算该滤波器的参数。低通部分：截止频率10? 20n? 1现令 R132=10k Q计算得C12=1.592令 R5=68 kQR4=39.8 k Q高通部

6、分：截止频率100? 200 n? 1现令 R67=0.5k Q计算得C34=0.1令 R8=82k QR9=48 k Q绘图与仿真见第三部分三、电路图与波形图41 1040 7040k 100k400k 1M400 IkFreqjency(Hz)/,AJiAJ1n47 101 140 70ri114OT lk4k 1DKII40k look1II400k IM200：0nnFreqjency(Hz)进行交流小信号分析仿真，得到其幅频响应图与相频响应图。由幅频响应图可见其低频滤波特性。2. 有源高通滤波器电路图:交流小信号分析47 1040 7U400 lk4K Wk40k 1TOKFrequ

7、ency (Hz) 曲!回空47 1040 70400 Ik4k 10k40k iQQkFrequency (Hz)由幅频响应图可见其高频滤波特性。而当频率高于40k时，曲线出现下降是由于 741的性能原因造成的。3. 有源带通滤波器电路图：147 1040 70400 Ik 4k 10k40k 100k400k IMFrequency (Hz)旧贬回竺!_由上图可见其具有滤波特性。4. 结果分析低通滤波器经仿真后得到的波形较为理想，误差也较小。高通滤波器的幅频响应图后段出现下降为器件自身原因 所致，并不是设计问题。带通滤波器的、选择合理，图形比较完整，在两个截止频率点的误差也比较小。四、课程设计心得体会这次课程设计完成过程虽然曲折漫长，可是却在设计中对于模电和信号与系统中关于滤波器的知识进行了更深层 次的了解，通过自己的操作和设计，对于这部分知识也有了 新的感悟和体会。另外，在课程设计中，学习使用了11.0软件，对于软件的功能作了了解和拓展。通过训练，已经可以在这个平台上 熟练地进行电路图的绘制和电路的仿真。这对于今后的学习 也是大有裨益的。课程设计的整个过程，让人学会去独立思考去完成公关 与任务，也使思维得到锻炼。在