毕业设计(论文)LC带通滤波器的设计与仿真设计

摘要摘要随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理的不可缺少的部分，也得到了迅速的发展。LC滤波器作为滤波器的一个重要组成部分，它的应用相当的广泛。因此对于它的设计也受到人们的广泛关注。如何设计利用简单的方法设计出高性能的LC滤波器是人们一直研究的课题。本文从滤波器的基本概念着手，层层深入的介绍了LC带通滤波器的设计过程，按照滤波器的经典设计方法，运用前人得出的一些数据手册，通过对实例的研究，简单的设计出了LC带通滤波器。然后把设计出的电路在Multisim8.3.30软件上进行仿真，最后把得出的结果与通过用matlab7.1中信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具fdatool设计出的滤波器进行对比，得出方法的有效性。关键词：LC带通滤波器设计Multisim8fdatool仿真ABSTRCTABSTRACTWiththedevelopmentofelectronicinformation,signalprocessingfilterasanindispensablepart,hasbeenrapiddevelopment.LCfilterfilterasanimportantpartofitsapplicationofabroad.Thereforeitisdesignedalsotobepeople'sattention.Howtodesignasimplewaytodesignhigh-performanceLCfilterpeoplehadbeenstudyingthesubject.FromthebasicconceptoffilterstartlayersofdepthontheLCfilterwiththedesignprocess,inaccordancewiththefilterofclassicaldesignmethods,theuseoftheirpredecessorsthatsomedatasheet,throughtheexampleofthestudy,thesimpleDesignedtobringtheLCfilter.AndthendesignacircuitinMultisim8.3.30softwaresimulation,theresultsofthefinalandbyusingmatlab7.1signalprocessinginthetoolboxforthefilterdesignanalysistooldesignedtofilterfdatoolcompareddrawTheeffectivenessofthemethod.Keywords:LCband-passfilterdesignMultisim8fdatoolSimulation目录i目录第一章绪论..........................................................................11.1滤波器简介...............................................................11.1.1滤波器的概念....................................................11.1.2滤波器的种类....................................................21.2LC滤波器概述...........................................................41.2.1LC滤波器的两种类型..........................................41.3国内外滤波器的发展和研究现状.................................51.3.1滤波器的发展状况.............................................51.3.2国内外投入滤波器产业概况................................61.3.3滤波器的前景....................................................71.3.4几种新型滤波器介绍..........................................81.4研究工作概要和内容安排...........................................91.4.1研究工作概要....................................................91.4.2论文章节安排....................................................9第二章滤波器的特性.........................................................112.1理想滤波器的特性...................................................112.2实际滤波器的特性...................................................142.2.1巴特沃斯特性..................................................152.2.2切比雪夫特性..................................................162.2.3贝塞尔特性.....................................................162.2.4椭圆特性.........................................................17第三章LC带通滤波器的设计..............................................193.1归一化切比雪夫低通滤波器....................................193.1.1切比雪夫滤波器...............................................193.1.2阶数的决定......................................................203.1.3归一化切比雪夫低通滤器..................................213.2由低通到带通的变换..............................................23目录ii3.2.1理论分析.........................................................243.2.2实际应用.........................................................283.3实例研究..............................................................30第四章滤波器的仿真.......................................................354.1fdatool工具的介绍和应用.......................................354.2Multisim8的介绍及应用........................................374.2.1电路的创建.........................................................384.2.2仿真...................................................................39结束语.................................................................................43致谢....................................................................................45参考文献.............................................................................47第一章绪论1第一章绪论当今的社会是一个信息化社会，信号的处理是人们不可避免的问题，因此滤波器作为信号处理的装置得到广泛的应用。LC带通滤波器作为众多滤波器中的一个很小的分支，在实际工程应用中也有着极为重要的作用。对于从事电路设计与制作的技术人员来说，对LC滤波器的设计与制作应该有所了解。要设计好一个LC带通滤波器，首先必须对滤波器的相关问题有所了解。1.1滤波器简介1.1.1滤波器的概念滤波器实质上是一个选频电路，它对某一个或几个频率范围内的电信号给以很小的衰减，允许这一部分频率的信号顺利的通过，而对另外一部分频率的信号给以很大的衰减，使这部分信号受到较大的抑制。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过渡带。根据通带和阻带所处的范围的不同，滤波器可分为四类[1]：●低通滤波器：它的通带由零延伸至某一规定的上限频率ƒ1，阻带则由ƒ2延伸至无限大（ƒ2＞ƒ1）。●高通滤波器：它的频率特性与低通相反；阻带位于低频范围内，通带则由ƒ1延伸至无限大。●带通滤波器：它的通带限定在两个有限频率ƒ1与ƒ2之间，通带两侧都有阻带。●阻带滤波器：它的阻带限定在两个有限频率ƒ1与ƒ2之间，阻带两侧都有通带。1.1.2滤波器的种类根据使用的波段和元件的不同，滤波器有很多种类，而且随着技术的发展，种类还在不断LC带通滤波器设计与性能仿真2增加。总的来说，滤波器可分为两大类：无源滤波器和有源滤波器。在无源滤波器中，所使用的是无源元件。他们在个体或组合的情况下，能够把一种形式的能量变换为另一种形式，并重新变回到原来的形式，换言之，它们必须是谐振性的。例如，在一个LC谐振电路中，在电容器的电场和电感线圈的磁场之间不断发生着能量的反复交换。因此，如果两个不同储能装置当相互偶合时，能够以很小的损耗实现能量的交换，它们就可以被利用为滤波器元件。在一个谐振体中，用来标志能量交换效率的一个参数为品质因数或Q值。在某一个规定条件下，如果有几种元件可供选择，通常就选用Q值比较高的那种。特别是，当设计一个窄通带的带通滤波器时，尤其要这样考虑。如果这个滤波器的中心频率为ƒ0,带宽为Δƒ,则Q值必须远大雨比值ƒ0/Δƒ。无源滤波器主要包括以下各种：①LC滤波器：由电感和电容这两种集中参数元件组成。在许多应用中，可以假设它们都是无耗的纯电抗元件。当要求精密设计滤波器时（只要是窄带带通滤波器的设计），则需要考虑元件中不可避免的微小损耗。这时可以对无耗滤波器的性能按一定方法进行修正。②微波滤波器：一般用于频率在300MHz以上的滤波器实现，由微波无源器件组成，如传输线组件、偶合传输线、谐振器和谐振腔，它们不需要电源。③晶体滤波器：由压电谐振器制成。在滤波器应用中，晶体谐振器的Q值非常高，在104和105之间，可以用的频率范围从10kHz到200MHz。用石英谐振器制成的晶体滤波器的相对带宽非常小，小于10-4。④机电滤波器：由机械谐振器制成。电信号转换为机械振动，经过滤波后的机械振动又转换为电信