第四讲 语音滤波器设计

1、第四讲第四讲 RCRC有源滤波器设计有源滤波器设计一、学习目的 掌握低通、高通、带通、带阻等最基本二阶RC有源滤波器的快速设计方法与性能参数的测试要求。二、原理 1、滤波器的传输特性 滤波器的功能：让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。 根据频率范围可分为低通、高通、带通、带阻等四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示。 2、滤波电路 RC无源滤波器 缺点：电压放大倍数低，带负载能力差。 RC有源滤波器：由RC元件与运算放大器组成的滤波器，成为有源滤波器。 (1) 一阶有源低通滤波器： 缺点：通带外放大倍数衰减太慢，实际滤波特性与理想滤波特性差距很大。 （2）二阶有源低通

2、滤波器 与一阶低通滤波器相比，通带外下降速度提高了一倍，使滤波特性比较接近理想情况。（图为压控电压源电路）第一级的电容C为什么不接地而改接到输出端？二阶有源低通滤波器的传输函数：Au为电压增益， 截止频率 ，Q为品质因数。34u2c22cuRR1AsQsA) s (Acc无限增益多路反馈电路特点：信号从反相端输入，输出端通过C1、R2两条反馈支路有倒相作用，元件少。12RRAu（3）一阶高通滤波器（4）二阶高通滤波器二阶有源高通滤波器的传输函数： Au为电压增益， 截止频率 ，Q为品质因数（图为压控电压源电路）。34u2c22uRR1AsQssA) s (Acc无限增益多路反馈电路（p149）

3、1CCAu（5）带通滤波器 可通过高通、低通组合而成 条件：低通截止频率高于高通截止频率带通滤波电路及特性：（6）带阻滤波器 由低通、高通组合而成 条件：高通截止频率高于低通截止频率带阻滤波电路及特性：三、滤波器快速设计方法 理想滤波器很难实现，只能用实际特性逼近理想特性，常用的逼近方法有两种： 巴特沃斯（butterworth)滤波器最大平坦响应 切比雪夫（chebysher)l滤波器等波动响应1、滤波器设计常规方法 （1）求滤波器传输函数表达式 （2）与通用传输函数式比较 （3）求性能参数举例：二阶有源低通滤波器 求得传输函数式：CCRR1s CR1)A1 (CR1CR1sCCRR1A)

4、s (A12112u212121u通用式：比较可得：2c22cusQsA) s (Ac34u12u21C1212CRR1ACR1)A1 (CR1CR1QCCRR1 设计滤波器时，通常只给定 、Au、Q的值，要求得电路中所有元件的值，非常困难，一般先设定一个或几个元件值，再通过解方程组得到其它元件值，但这样电路调整较为复杂。C2、滤波器快速设计方法 用查表法得到滤波器的电路及元件值 设计表见P.147-P.151设计步骤：（1）确定滤波器类型、特性（2）根据截止频率选定一个电容C（单位uF） （见P.147图5.6.4） 满足 （3）从滤波器设计表中查出与Au相对应的电容值及K=1时的电阻值，再

5、将这些电阻值乘以K，得电阻设计值。 （4）实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器性能参数，绘制幅频特性。 )101 ( ,100KCfKc四、设计举例1、二级低通有源滤波器 设计一个二级低通滤波器，要求截止频率为2KHz，增益为2。解：(1)确定滤波器类型（ butterworth压控电压源电路）（2）由图得fc=2KHz时，C=0.01uF,对应得参数K=5, 满足式Cf100Kc（3）由Au=2,查表得 C1=C=0.01uF K=1时，电阻 R1=1.126K R2=2.250K R3=6.756K R4=6.752K（4）K=1时得电阻值乘以参数K=5，得设计阻值。 R1=5.63K

6、R2=11.25K R3=R4=33.76K 取相应的标称值电阻。 计算截止频率：2000.8Hz（5）实验调整、测量性能 输入Ui=100mV，测得fc和Au。 逐点法测量幅频特性：频率从020kHz。2、二阶高通滤波 设计 设计一个高通滤波器，要求截止频率为100Hz，增益为Au=5。解：（1）确定滤波器类型(butterworth无限增益多路反馈电路)（2）由图得fc=100Hz时，C=0.1uF,对应得参数K=10, 满足式Cf100Kc（3）由Au=5,查表得 K=1时，电阻 R1=1.023K R2=12.379K C1=0.2C=0.02uF （4）以上电阻值乘以参数K=10得设

7、计阻值： R1=10.23K=10K+240 R2=123.79K=120K3.9K 计算截止频率：44.7Hz （5）实验调整、测量性能输入Ui=100mV，测得fc和Au。 逐点法测量幅频特性：频率从020kHz。五、设计课题 语音滤波器语音滤波器性能指标要求：截止频率阻带衰减速率为40dB/10倍频10A,Hz300f ,Hz3000fuLH语音滤波器电路原理图二阶低通滤波器：C=0.0068uF,C1=0.0068uF, Au1=2 R1=5.63K, R2=11.25K,R3=R4=33.76K二阶高通滤波器 :C=0.068uF, C1=0.2C=0.015uF,Au2=5 R1=5.1K,R2=61.9K采用二阶低通滤波器和二阶高通滤波器级联滤波器参数（参考值）：滤波器参数（参考值）：二阶低通滤波器：C=0.0068uF, R1=5.63K R2=11.25K R3=R4=33.76K二阶高通滤波器 :C=0.068uF,K=5 C1=0.2C=0.015uF R1=5.1K R2=61.9K10,132,2942uLHAHzfHzf计算得：HzCCRRfH2942121121HzCRRfL132121221计算可得语音滤波器的性能指标