滤波器的设计与实现.docx

信号与系统课程设计报告滤波器的设计与实现课程设计准备在课程学****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( FIR)滤波器和无限长冲激响应(IIR)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。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波理对于使用的模拟软件的简单介绍Multisim是美国国家仪器( NI)有限公司推出的以Windows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:器件建模及仿真;电路的构建及仿真;系统的组成及仿真;仪表仪器原理及制造仿真。器件建模及仿真:可以建模及仿真的器件:模拟器件(二极管,三极管,功率管等) ;数字器件(S系列,PLD,CPLD等);在本次课设中,主要使用multisim的电路构建及仿真。二、目标分析及思路过程目标要求本课程设计要求自己设计电路系统,构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。利用Matlab或PSPICE或PROTEL或其他软件仿真。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****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****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。局部设计思路二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路由两节RC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=Avf二Ao=1(Azf-1)尺传递函数的推导:Vp(s)二Vo(s)AVFVp(s)=Va(s)/(1+sRC)可得电路的传递函数为A/f而?c=1/RCQ=1/(3-Avf)故而:A(s)=Ao?c2/(s2+?cs/Q+Wc2)其中,?c为特征角频率,Q为其等效品质因数。现在令fc=1kHz根据?c=2n计算出?c=2nrad/s根据Q===R=50kQ故C==25kQR4=Rf=(Avf-1)R1=,就可得到RC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。传递函数为:22A(s) AFSs2+(3c/Q)s+®c2 s2+c/Q)s+3c2Q=1/(3-Avf)?c=1/RC现在令fc=1kHz选择R的阻值为R仁R2=R=50kQ故C==25kQR4=Rf=(Avf-1)R4=,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fH=10kHz的二阶低通滤波器与截止频率 fL=100Hz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fH=10kHz?c=20iikHz?c=1/RC现令R1//R3=R2=10kQ计算得3=C2==68kQR4=:截止频率fL=100Hz?c=200nHz?c=1/RC现令R6=R7==C4==82kQR9=48kQ绘图与仿真见第三部分三、:XSC1交流小信号分析 A A A A 1 AA A Jb..■—一 14 71040704001k4k10k40k100k 400kIMI□田u100^Frequency(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。-A-4004k1030Wlog:0cm-60'WO040 7040 705U11R1电路图:lR2-50kQ》 C14-—|0V115V10k4Dk100k10k40k100k由幅频响