模电课程设计报告滤波器设计

滤波器的设计——模拟电子电路课程设计报告一：实验预习与查找资料：1：滤波器是一种具有频率选择功能的电路，允许在一定的范围内的信号通过，对不需要的频率范围内的信号进行有效的抑制。滤波器在通信，信号处理，测控仪表等领域中有广泛的的应用。滤波器分数字滤波器和模拟滤波器，而模拟滤波器又分有源滤波器和无源滤波器。按滤波器的设计方案又分巴特沃思型，切尔雪夫型，椭圆函数型等等。2：查找资料：《信号处理与滤波器的设计》，《电路与模拟电子学》，《模拟电子电路》等相关资料。二：实验任务：滤波器是限制信号的频率范围，用于提取有用信号、滤除噪声干扰信号、提高信噪比。滤波器类型有无源滤波器和有源滤波器，其中又分为低通、高通、带通、带阻、全通等。滤波器的主要性能参数有：截止频率、下降速率、品质因素等。1、要求完成原理设计并通过软件仿真部分（1）低通滤波器电路，截止频率分别为300Hz、1KHz，衰减速率≥40dB/十倍频。（2）高通滤波器电路，截止频率分别为300Hz、1KHz，衰减速率≥40dB/十倍频。（3）带通滤波器，频率范围300Hz~3400Hz，衰减速率≥40dB/十倍频。（4）四阶椭圆形低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求在200kHz处小于-50dB，-3dB通带误差不大于5%。三：实验内容：为满足设计要求：阻带衰减大于或等于40每10倍率。选择二阶即可满足要求。1：二阶压控电压源低通滤波器：A：截止频率为300HZ；根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为：A（S）=Uo（S）/Ui（S）=Ao*Wn*Wn/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)Ao=1+R4/R3;Wn*Wn=1/R1R2C1C2在设计参数时Q值分高Q值，中Q值，和低Q值。在本实验设计中取Q值为0。6A0是电路的通带放大倍数，可在设计前选择，若实验结果不合理，再改变A0的值。取Q=0。6,A0=4，通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下:在输入端接一电源,输出端接波特仪,显示滤波器的幅度频率特性如下:图形分析:在低频通带内为12.02DB,衰减3DB后为9.02DB.此时频率应该是300HZ,但是由于误差以及各方面的影响,从图中可以看出在9.223DB时截止频率为300.339HZ.此电路图可以再经过修改参数使得满足题目要求.在高频截止段衰减达到了40DB每10倍率,符合题目要求.B:截止频率为1000HZ:设计过程同A:通过公式得出各元件参数值,取Q=0。6，A0=2。通过仿真优化参数值得到电路图与波特图如下:图形分析:通带时为6DB,下降3DB后即3.055DB时频率为1000HZ.通带内起伏为0DB.此图有很大的误差,在通带到截止频率体现良好,在高于1000HZ到阻带截止频率衰减达到了40DB每10倍率.但是在很高频带内,由图可知出现了一高频不衰减带区,内起伏0DB.没有了衰减.所以此滤波器不符合要求,只因时间关系没有再修改.应该通过再修改参数使得在高频段都是衰减.2二阶压控电压源高通滤波器：A：截止频率为300HZ；高通滤波器与低通滤波器具有对偶关系,只要把上面低通滤波器的电路图中的电阻,电容互换,就可以得到二阶压控电压源高通滤波器.根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为：A（S）=Uo（S）/Ui（S）=Ao*s*s/(s*s+Wn*s/Q+Wn*Wn)Ao=1+R5/R4Wn*Wn=1/R1R2C1C2取Q=0。6,A0=2,通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下:图形分析:在通带内即高频段衰减为0DB,所以一直维持为6.10DB.衰减3DB时为3.10DB.此时为截止频率300HZ.图中在3.011DB时频率为312.651HZ.与理想的设计有一定的误差.阻带内衰减满足40DB每10倍率.此滤波器总的来说比较符合要求.B:截止频率为1000HZ:设计过程同A:通过公式得出各元件参数值,取Q=0。6,A0=2。通过仿真优化参数值得到电路图与波特图如下:图形分析：低频段衰减大40DB每10倍率，满足设计要求。在通带内摔减为0DB，一直维持为6DB。衰减到3DB时频率为1。053KHZ。大体符合要求。但是在高频的通带内出现一衰减频段为8DB每10倍率。之后又变成一通频带。所以此滤波器有很大欠缺。需要进一步改进。3：带通滤波器，频率范围300Hz~3400Hz，衰减速率≥40dB/十倍频。带通滤波器是由一低通滤波器和一高通滤波器合成。根据集成运放虚短虚断及电路结构，可导出传递函数的表达式为：A（S）=Uo（S）/Ui（S）={Ao*（1+s*s/W0*W0）}/(1+s/W0*Q+s*s/W0*W0)Ao=1+R5/R4W0=1/RC取Q=0。6,A0=2,通过以上公式可算出电路各元件参数的值,再通过仿真电路调整参数得出电路图如下:图形分析：本电路图是由两个运算放大器构成，其中第一段就是一个低通滤波器，第2段是一高通滤波器。幅度频率特性图如下：图形分析：带通的通带为300到3400HZ，通带为12。3DB。衰减3DB时为截止频率，图中有一定的误差，低频到9。246DB，FL=299。797HA。高频段衰减到9。248DB时FH=3。464JKHZ。4：圆形低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求在200kHz处小于-50dB，-3dB通带误差不大于5%。此滤波器的设计是通过滤波器设计软件，把要设计的参数调整好，如下图：设计出来的电路图如下；再连接而成，经过修改参数，调节波形而得下电路图：四：报告总结与心得。此次课程设计是我们第一次要求完成设计，仿真，优化，硬件，并写报告总结的。从次设计中学到了很多东西，过去学了模拟电路，但是并没有真正的去用运它。也在此次设计中发现了自己的缺点与不足，很多东西学完了就没有去用，而一旦用起来才发现自己好多好多东西不懂，学的只是课本上的东西，而且只是应付考试。通过这次设计让我明白考试只是一种形式，而不能真正的检测到一个人学到了什么东西，而要通过不断的实践，在实践中，动手中去学东西，去学好并掌握好东西。才能在以后的社会中用到，为以后的工作做好基础。一开始做，什么都不懂，后来漫漫的理解了很多东西。因为时间关系，做的很不理想，但是从中体会到的东西，我想在以后的课程设计中，我会运用到，并且尽自己最大的努力把它做好。