无源低通滤波器设计毕业论文

无源低通滤波器设计技术指标通带允许起伏：-1dB0≤f≤5kHz阻带衰减：≤-15dBf≥10kHz设计原理本设计采用巴特沃斯(Butterworth)滤波器。巴特沃斯滤波器是最基本的逼近函数形式之一，它的幅频特性H(jω)的模平方为式中，N是滤波器的阶数；是滤波器的截止角频率，当时，。不同阶次的巴特沃斯滤波器特性如图所示，这一幅频特性具有以下特点：图1巴特沃斯滤波器幅频相应最大平坦性：在ω=0点，它的前(2N-1)阶导数为零，即滤波器在ω=0附近一段范围内是非常平直的，它以原点的最大平坦性来逼近理想低通滤波器。通带和阻带的下降的单调性，具有良好的相频特性。3dB的不变性：随着N的增加，通带边缘下降越陡峭，越接近理想特性。但无论N是多少，幅频特性都经过-3dB点。当时，特性以20NdB/dec速度下降。设计步骤求滤波器阶数N 由给定的技术指标写出滤波器幅频特性在和两特定点的方程：联立方程，消去，求解NN=log取整后得到要求的阶数N=4。求衰减为-3dB的截止角频率，将N=4代入的表达式得到∣H(jωs)∣=11+即求滤波器的系统函数。归一化的系统函数的分母称作巴特沃斯多项式，已知N=4时，BNs=s4+2.61313s3+3.41422s2+2.61313s+1，经过去归一化，H(4)设计实现电路。一般情况电路都是工作在匹配状态，故信号源内阻和负载电阻相等，此时满足 用达林顿电路实现时，策动点阻抗函数可表示为 为简化计算，把策动点阻抗函数对信号源内阻归一化，即将上式按的降幂展开得：Z11(s)展开成连分式表示Z11(s)Rs=0.765s+其中，L1图2N=4阶的巴特沃斯低通原型滤波器实现在实际实现电路时，需要把原型滤波器的元件值对频率和内阻去归一化。电阻值恢复原来值即可，实际电容、电感值可由下式求出现在根据原型电路图对各元件去归一化：LCLC具体实现电路如下图图3N=4阶的巴特沃斯低通滤波器实际电路电路仿真及结果(1)在Matlab7.1/Simulink中仿真，输入系统的函数，进行线性分析，画出滤波器的幅频相应和相频相应（见图4）。图4滤波器的幅频、相频相应从波特图中可以看出，在误差允许范围内，当频率小于8kHz时，衰减小于1dB；当频率大于15kHz时，衰减大于20dB；截止频率大约为9.5kHz。滤波器实现了要求的技术指标。(2)在Simulink中搭建如下所示的电路图，其中低频信号=8000Hz，高频信号=20kHz。元件、用10mH和0.39mH的电感串联近似得到，用33mH和0.6mH电感串联得到，用27nF电容近似。图5Simulink中的电路实现首先只输入低频信号，幅值为U1=100V。通过示波器观察，输出信号幅值为输入信号的一半左右，相位大约滞后输入信号180度：与波特图上的曲线该点数据相吻合。图6低频信号的输入、输出信号波形其次只输入高频信号，幅值为U2=100V。通过示波器观察其响应，输出信号幅值衰减到大约只有输入信号的1%，相位大约滞后输入信号360度。图7高频信号的输入、输出波形最后，将低频信号和高频信号同时输入给滤波电路，U1=100V，U2=10V。通过示波器观察输入、输出波形。输入信号相当于在基频的正弦波中混杂了频率为的高次谐波，经过滤波器电路之后，发现高次谐波基本被滤掉，输出波形是比较完美的基频正弦波。图8高低频信号叠加后的滤波效果结论通过一般的工程设计方法，设计了4阶巴特沃斯无源滤波器，求出系统函数，计算出实际电路的元件参数。将电路在Matlab/Simulink中进行仿真，得出一组输入输出波形。仿真结果验证了这种工程设计方法的正确性，所得到的滤波器具有良好的滤波性能，在0～5kHz内衰减不超过1dB，能够有效地衰减频率高于10kHz的谐波。但是仿真结果并不代表实际的滤波特性，当电路图制成PCB版后，由于受到实际元器件性能以及导线电阻、寄生电容、分布电感等的影响，滤波效果与本设计中的仿真存在差别。因而在制作滤波器时必须予以考虑。有源低通滤波器20k赫兹本设计采用巴特沃斯(Butterworth)滤波器。巴特沃斯滤波器是最基本的逼近函数形式之一，它的幅频特性H(jω)的模平方为式中，N是滤波器的阶数；是滤波器的截止角频率，当时，。不同阶次的巴特沃斯滤波器特性如图所示，这一幅频特性具有以下特点：图1巴特沃斯滤波器幅频相应可见阶数n越高，其幅频特性越好，低频检测信号保真度越高。4阶有源低通滤波器可以由2个2阶低通滤波器级联组成，其基本电路图如图3所示。设计4阶巴特沃思低通滤波器的传递函数，用2个2阶巴特沃思低通滤波器构成1个4阶巴特沃恩低通滤波器，其传递函数为：为了简化计算，其参数满足如下条件：选取C=0.01uF，可算得R=796

Ω。4阶巴特沃思低通滤波器2个阻尼系数为：-0.765,1.848增益为：则传递函数为：可以选择两个2阶巴特沃斯低通滤波器级联组成。增益分别为：对于第一级，若选取R3=61KΩ，则R4=9.27KΩ；对于第二级，若选取R7=20KΩ，则R4=24.7KΩ。低通滤波器的设计是已ω0（-3dB、H0LP（直流增益）、Q（在-3dB截止频率时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比）HOLPωQ=由上式可知，可通过先调整R1来调整ω0，然后通过调整K来调整等值元件电路设计令R1=R2=R,C1=C2=C,简化上述格式，则HOLPωQ=得出的设计方程为RC=K=3R设电容C的取值为1nF,R=12π取标称值，R=16Kω(2)根据K确定电阻RAK=3-1取RA=1000Ω,则RB=585.8Ω基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设计基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现HYPERLINK"/detail.htm?3933