課程設(shè)計(jì)---濾波器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課題名稱：巴特沃斯有源高通濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)名稱：電子信息工程</p><p>　　學(xué)生班級(jí)：09級(jí)電信三班</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>&l

2、t;b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2011年6月23日</p><p>　　第一部分：題目分析及設(shè)計(jì)思路</p><p><b>　　(一)、濾波器簡(jiǎn)介</b></p><p>

3、;　　濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。主要作用是：讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對(duì)無用信號(hào)盡可能大的衰減。</p><p>　　濾波器按照所處理的信號(hào)，可以分為：模擬濾波器和數(shù)字濾波器；按照信號(hào)的頻段，可以分為：低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種；按照所采用的原件，也可以分為：無源濾波器和有源濾波器。用來說明濾波器性能的技術(shù)指標(biāo)主要有：中心頻率f0，即工作頻帶的中心；帶寬BW；通帶衰減，即通帶內(nèi)的最大衰減

4、阻帶衰減等。</p><p>　　(二)巴特沃斯濾波器簡(jiǎn)介</p><p>　　巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最平滑。這種濾波器最先由英國(guó)工程師斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930 年發(fā)表在英國(guó)《無線電工程》期刊的一篇論文中提出的。</p><p>　　一級(jí)至五級(jí)巴特沃斯低通濾波

5、器的響應(yīng)如下圖所示：</p><p>　　巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。 在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波特圖上，從某一邊界角頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐步減少，趨向負(fù)無窮大。</p><p>　　(三)、巴特沃斯有源高通濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b>&

6、lt;/p><p>　　掌握濾波器的基本概念；</p><p>　　掌握濾波器傳遞函數(shù)的描述方法；</p><p>　　掌握巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)巴特沃斯濾波器，其技術(shù)指標(biāo)為：</p><p>　?。?） 阻帶截止頻率： fc = 1kHz ；</p><p>　　

7、（2） 通帶放大倍數(shù)：Aup =2；</p><p>　?。?） 品質(zhì)因素：Q = 1；</p><p>　?。?） 阻帶最小衰減率：-25dB。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?。?） 確定傳遞函數(shù)；</p><p>　?。?） 給出電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)；（運(yùn)算

8、放大器可以選擇）</p><p>　　（3）利用PSPICE 軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，得到濾波器的幅頻響應(yīng)，是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)；</p><p>　　第二部分：電路原理分析及基本電路圖 </p><p>　　（一）確定傳遞參數(shù)：</p><p>　　二階高通濾波器的通帶增益</p><p>　　截止頻率，它是二階高通濾波器通

9、帶與阻帶的界限頻率。</p><p>　　品質(zhì)因數(shù)，它的大小影響高通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。 </p><p>　?。ǘ┙o出電路結(jié)構(gòu)：</p><p>　　一般來說，濾波器的技術(shù)指標(biāo)往往是幅頻響應(yīng)特性。所有的技術(shù)指標(biāo)基本上都可以通過濾波器的傳遞函數(shù)計(jì)算得到。因此，從一定程度上講，濾波器的設(shè)計(jì)就是尋找一個(gè)合適的傳遞函數(shù)，使其能夠滿足所要求的技術(shù)指標(biāo)。選取的

10、電阻的標(biāo)稱值盡量接近計(jì)算結(jié)果，按圖構(gòu)成二階高通濾波器或高通濾波節(jié)。特別注意的是，增益k為靚電容的比值，所以應(yīng)該把電容C1和C2的數(shù)值選成符合電容標(biāo)稱值的元件，否則就需要在電路中并聯(lián)微調(diào)電容，這將增加調(diào)試難度。</p><p>　　在工程設(shè)計(jì)中，高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)通常是利用低通濾波器的原型，經(jīng)過頻率變換得到。這樣就轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)低通濾波器的設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)低通原型濾波器的技術(shù)指標(biāo)，確定階次N，再確定巴特沃斯低

11、通原型的傳遞函數(shù)，再通過頻率變換獲得一般濾波器的傳遞函數(shù)。</p><p>　　據(jù)題意可知為二階高通有源濾波器，由RC網(wǎng)絡(luò)，放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)等組成，初步電路圖如上所示。 </p><p>　　第三部分：電路參數(shù)確定</p><p>　　1電阻為參數(shù)K=1時(shí)的值，單位為K。</p><p>　　2.由表得f=1KHe時(shí)，取C=0.01uF；&l

12、t;/p><p>　　3.由表可知當(dāng)Av=2時(shí)電容C1=C=0.01uF；K=1時(shí)，電阻R1=15K，Rf=15K,R=15.915K</p><p>　　第四本分：電路的功能或性能驗(yàn)證</p><p>　　根據(jù)濾波器的基本特性所設(shè)計(jì)電路基本滿足題目要求，基本沒有太大的問題。詳細(xì)電路圖及驗(yàn)證結(jié)果出現(xiàn)在第五部分。注意問題：所選元件的標(biāo)稱值必須與計(jì)算結(jié)果非常接近，高階高通濾

13、波器要求元件比低階要更精確些，若電路中全部電阻值乘以某一常數(shù)，同時(shí)全部電容都除以該常數(shù)，濾波器性能不會(huì)改變，這樣可以微選取元件的標(biāo)稱值帶來好處。</p><p><b>　　第五部分：設(shè)計(jì)成果</b></p><p>　　EWB建立在SPICE基礎(chǔ)上，它具有以下突出的特點(diǎn)： </p><p>　?。?）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上

14、模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選??； </p><p>　?。?）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。 </p><p>　?。?）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法。 </p><p>　?。?）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)

15、。 </p><p>　?。?）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)電路圖如下：</b></p><p>　　電路在EWB仿真軟件下工作下的結(jié)果截圖（波特圖）：</p><p&g

16、t;　　二階高通濾波的幅度特性曲線</p><p>　　二階高通濾波的相位特性曲線</p><p>　　第六部分：總結(jié)與體會(huì)</p><p>　　通過這次巴特沃斯濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)，了解了濾波器的一些概念、功能和一些基本的類型，對(duì)模電知識(shí)有了進(jìn)一步的了解，學(xué)習(xí)了低通原型濾波器及其傳遞參數(shù)、頻率變換、濾波器的設(shè)計(jì)流程和巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)，在對(duì)截止頻率fc和濾波器的階數(shù)N

17、求解時(shí)，運(yùn)算由于太復(fù)雜。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)由于是個(gè)人獨(dú)立選定課題，所以在此過程的開始時(shí)基本上所有人都在自己獨(dú)立思考，同時(shí)又由于設(shè)計(jì)所采用的仿真和制板軟件和在此之前基本不是很熟悉，因此本次課程設(shè)計(jì)的前期多半是在摸索中前進(jìn)，當(dāng)然付出中會(huì)有收獲，本次課程設(shè)計(jì)讓我弄懂了很多以前感覺模糊的東西，同時(shí)也帶給我成功的喜悅感，增加了我的自信心，當(dāng)我看到由我自己設(shè)計(jì)的東西由想法變成實(shí)物時(shí)，我的心里充滿了成功的喜悅感

18、?；叵肫鸫舜握n程設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷的種種困難，遇到不明白的問題時(shí)，與他人討論，請(qǐng)教老師的過程，所有的努力都指向一個(gè)明確的目標(biāo)----確保課程設(shè)計(jì)的成功，我真的很感動(dòng)。此次課程設(shè)計(jì)不僅使我學(xué)會(huì)了不少東西，更讓我體會(huì)到人與人之間的溝通的樂趣，感謝此次課程設(shè)計(jì)過程中給予我們悉心指導(dǎo)的xx老師，同時(shí)也感謝班級(jí)的其他同學(xué)，正式由于和他們一起的努力使我成功完成了本次課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　第七部分：參考