模電課程設(shè)計報告——濾波器設(shè)計

1、<p><b>　　濾波器的設(shè)計</b></p><p>　　——模擬電子電路課程設(shè)計報告</p><p>　　一：實驗預(yù)習(xí)與查找資料：</p><p>　　1：濾波器是一種具有頻率選擇功能的電路，允許在一定的范圍內(nèi)的信號通過，對不需要的頻率范圍內(nèi)的信號進行有效的抑制。濾波器在通信，信號處理，測控儀表等領(lǐng)域中有廣泛的的應(yīng)用。濾波器分數(shù)

2、字濾波器和模擬濾波器，而模擬濾波器又分有源濾波器和無源濾波器。按濾波器的設(shè)計方案又分巴特沃思型，切爾雪夫型，橢圓函數(shù)型等等。</p><p>　　2：查找資料：《信號處理與濾波器的設(shè)計》，《電路與模擬電子學(xué)》，《模擬電子電路》等相關(guān)資料。</p><p><b>　　二：實驗任務(wù)：</b></p><p>　　濾波器是限制信號的頻率范圍，用于提

3、取有用信號、濾除噪聲干擾信號、提高信噪比。</p><p>　　濾波器類型有無源濾波器和有源濾波器，其中又分為低通、高通、帶通、帶阻、全通等。濾波器的主要性能參數(shù)有：截止頻率、下降速率、品質(zhì)因素等。</p><p>　　1、要求完成原理設(shè)計并通過軟件仿真部分</p><p>　?。?）低通濾波器電路，截止頻率分別為300Hz、1KHz，衰減速率≥40dB/十倍頻。&

4、lt;/p><p>　　（2）高通濾波器電路，截止頻率分別為300Hz、1KHz，衰減速率≥40dB/十倍頻。</p><p>　　（3）帶通濾波器，頻率范圍300Hz~3400Hz，衰減速率≥40dB/十倍頻。</p><p>　?。?）四階橢圓形低通濾波器，帶內(nèi)起伏≤1dB，-3dB通帶為50kHz，要求在200kHz處小于-50dB，-3dB通帶誤差不大于5%。&

5、lt;/p><p><b>　　三：實驗內(nèi)容：</b></p><p>　　為滿足設(shè)計要求：阻帶衰減大于或等于40每10倍率。選擇二階即可滿足要求。</p><p>　　1：二階壓控電壓源低通濾波器：</p><p>　　A：截止頻率為300HZ； </p><p>　　根據(jù)集成運放虛短虛斷及電路結(jié)構(gòu)

6、，可導(dǎo)出傳遞函數(shù)的表達式為：</p><p>　　A（S）=Uo（S）/Ui（S）= Ao*Wn*Wn/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)</p><p>　　Ao=1+R4/R3;</p><p>　　Wn*Wn=1/R1R2C1C2</p><p>　　在設(shè)計參數(shù)時Q值分高Q值，中Q值，和低Q值。在本實驗設(shè)計中取Q值為0。6</

7、p><p>　　A0是電路的通帶放大倍數(shù)，可在設(shè)計前選擇，若實驗結(jié)果不合理，再改變A0的值。</p><p>　　取 Q=0。6,A0=4， 通過以上公式可算出電路各元件參數(shù)的值,再通過仿真電路調(diào)整參數(shù)得出電路圖如下:</p><p>　　在輸入端接一電源,輸出端接波特儀,顯示濾波器的幅度頻率特性如下:</p><p><b>　　圖形

8、分析:</b></p><p>　　在低頻通帶內(nèi)為12.02DB,衰減3DB后為9.02DB.此時頻率應(yīng)該是300HZ,但是由于誤差以及各方面的影響,從圖中可以看出在9.223DB時截止頻率為300.339HZ.此電路圖可以再經(jīng)過修改參數(shù)使得滿足題目要求.</p><p>　　在高頻截止段衰減達到了40DB每10倍率,符合題目要求.</p><p>　　

9、B:截止頻率為1000HZ :</p><p>　　設(shè)計過程同A: 通過公式得出各元件參數(shù)值,取Q=0。6，A0=2。通過仿真優(yōu)化參數(shù)值得到電路圖與波特圖如下: 圖形分析: 通帶時為6DB,下降3DB后即3.055DB時頻率為1000HZ.通帶內(nèi)起伏為0DB.此圖有很大的誤差,在通帶到截止頻率體現(xiàn)良好, 在高于1000HZ 到阻帶截止頻率衰減達到了40DB每10倍率.但是在很高頻帶內(nèi),由圖可知出現(xiàn)了一高頻不衰減帶

10、區(qū),內(nèi)起伏0DB.沒有了衰減.所以此濾波器不符合要求,只因時間關(guān)系沒有再修改.應(yīng)該通過再修改參數(shù)使得在高頻段都是衰減.</p><p>　　2二階壓控電壓源高通濾波器：</p><p>　　A：截止頻率為300HZ； </p><p>　　高通濾波器與低通濾波器具有對偶關(guān)系,只要把上面低通濾波器的電路圖中的電阻,電容互換,就可以得到二階壓控電壓源高通濾波器.<

11、/p><p>　　根據(jù)集成運放虛短虛斷及電路結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)出傳遞函數(shù)的表達式為：</p><p>　　A（S）=Uo（S）/Ui（S）= Ao*s*s/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)</p><p>　　Ao=1+R5/R4</p><p>　　Wn*Wn=1/R1R2C1C2</p><p>　　取 Q=0。6,A0

12、=2,通過以上公式可算出電路各元件參數(shù)的值,再通過仿真電路調(diào)整參數(shù)得出電路圖如下:</p><p><b>　　圖形分析:</b></p><p>　　在通帶內(nèi)即高頻段衰減為0DB,所以一直維持為6.10DB.衰減3DB時為3.10DB.此時為截止頻率300HZ.圖中在3.011DB時頻率為312.651HZ.與理想的設(shè)計有一定的誤差.阻帶內(nèi)衰減滿足40DB每10倍率

13、.此濾波器總的來說比較符合要求.</p><p>　　B:截止頻率為1000HZ : </p><p>　　設(shè)計過程同A: 通過公式得出各元件參數(shù)值, 取Q=0。6,A0=2。通過仿真優(yōu)化參數(shù)值得到電路圖與波特圖如下:</p><p>　　圖形分析：低頻段衰減大40DB每10倍率，滿足設(shè)計要求。在通帶內(nèi)摔減為0DB，一直維持為6DB。衰減到3DB時頻率為1。053K

14、HZ。大體符合要求。但是在高頻的通帶內(nèi)出現(xiàn)一衰減頻段為8DB每10倍率。之后又變成一通頻帶。所以此濾波器有很大欠缺。需要進一步改進。</p><p>　　3：帶通濾波器，頻率范圍300Hz~3400Hz，衰減速率≥40dB/十倍頻。</p><p>　　帶通濾波器是由一低通濾波器和一高通濾波器合成。</p><p>　　根據(jù)集成運放虛短虛斷及電路結(jié)構(gòu)，可導(dǎo)出傳遞函數(shù)

15、的表達式為：</p><p>　　A（S）=Uo（S）/Ui（S）={ Ao* （1+s*s/W0*W0）}/(1+ s /W0*Q+ s*s/W0*W0)</p><p>　　Ao=1+R5/R4</p><p><b>　　W0=1/RC</b></p><p>　　取 Q=0。6,A0=2,通過以上公式可算出電路

16、各元件參數(shù)的值,再通過仿真電路調(diào)整參數(shù)得出電路圖如下: 圖形分析：</p><p>　　本電路圖是由兩個運算放大器構(gòu)成，其中第一段就是一個低通濾波器，第2段是一高通濾波器。</p><p>　　幅度頻率特性圖如下：</p><p>　　圖形分析：帶通的通帶為300到3400HZ，通帶為12。3DB。衰減3DB時為截止頻率，圖中有一定的誤差，低頻到9。246DB，F(xiàn)L

17、=299。797HA。高頻段衰減到9。248DB時 FH=3。464JKHZ。</p><p>　　4：圓形低通濾波器，帶內(nèi)起伏≤1dB，-3dB通帶為50kHz，要求在200kHz處小于-50dB，-3dB通帶誤差不大于5%。</p><p>　　此濾波器的設(shè)計是通過濾波器設(shè)計軟件，把要設(shè)計的參數(shù)調(diào)整好，如下圖：</p><p>　　設(shè)計出來的電路圖如下；<

18、/p><p>　　再連接而成，經(jīng)過修改參數(shù)，調(diào)節(jié)波形而得下電路圖：</p><p>　　四：報告總結(jié)與心得。</p><p>　　此次課程設(shè)計是我們第一次要求完成設(shè)計，仿真，優(yōu)化，硬件，并寫報告總結(jié)的。從次設(shè)計中學(xué)到了很多東西，過去學(xué)了模擬電路，但是并沒有真正的去用運它。也在此次設(shè)計中發(fā)現(xiàn)了自己的缺點與不足，很多東西學(xué)完了就沒有去用，而一旦用起來才發(fā)現(xiàn)自己好多好多東西不