課程設計---濾波器的設計

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

2、t;b>　　學生學號： </b></p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　設計時間：2011年6月23日</p><p>　　第一部分：題目分析及設計思路</p><p><b>　　(一)、濾波器簡介</b></p><p>

3、;　　濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。主要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。</p><p>　　濾波器按照所處理的信號，可以分為：模擬濾波器和數(shù)字濾波器；按照信號的頻段，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指標主要有：中心頻率f0，即工作頻帶的中心；帶寬BW；通帶衰減，即通帶內的最大衰減

4、阻帶衰減等。</p><p>　　(二)巴特沃斯濾波器簡介</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是通頻帶的頻率響應曲線最平滑。這種濾波器最先由英國工程師斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930 年發(fā)表在英國《無線電工程》期刊的一篇論文中提出的。</p><p>　　一級至五級巴特沃斯低通濾波

5、器的響應如下圖所示：</p><p>　　巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶內的頻率響應曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。 在振幅的對數(shù)對角頻率的波特圖上，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，趨向負無窮大。</p><p>　　(三)、巴特沃斯有源高通濾波器優(yōu)化設計</p><p><b>　　設計目的</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計方法；</p><p>　　設計一個巴特沃斯濾波器，其技術指標為：</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>　?。?） 品質因素：Q = 1；</p><p>　?。?） 阻帶最小衰減率：-25dB。</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　?。?） 確定傳遞函數(shù)；</p><p>　?。?） 給出電路結構和元件參數(shù)；（運算

8、放大器可以選擇）</p><p>　?。?）利用PSPICE 軟件對電路進行仿真，得到濾波器的幅頻響應，是否滿足設計指標；</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出電路結構：</p><p>　　一般來說，濾波器的技術指標往往是幅頻響應特性。所有的技術指標基本上都可以通過濾波器的傳遞函數(shù)計算得到。因此，從一定程度上講，濾波器的設計就是尋找一個合適的傳遞函數(shù)，使其能夠滿足所要求的技術指標。選取的

10、電阻的標稱值盡量接近計算結果，按圖構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，所以應該把電容C1和C2的數(shù)值選成符合電容標稱值的元件，否則就需要在電路中并聯(lián)微調電容，這將增加調試難度。</p><p>　　在工程設計中，高通、帶通和帶阻濾波器的設計通常是利用低通濾波器的原型，經過頻率變換得到。這樣就轉變?yōu)橐粋€低通濾波器的設計。因此，根據(jù)低通原型濾波器的技術指標，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網絡，放大器和反饋網絡等組成，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時的值，單位為K。</p><p>　　2.由表得f=1KHe時，取C=0.01uF；&l

12、t;/p><p>　　3.由表可知當Av=2時電容C1=C=0.01uF；K=1時，電阻R1=15K，Rf=15K,R=15.915K</p><p>　　第四本分：電路的功能或性能驗證</p><p>　　根據(jù)濾波器的基本特性所設計電路基本滿足題目要求，基本沒有太大的問題。詳細電路圖及驗證結果出現(xiàn)在第五部分。注意問題：所選元件的標稱值必須與計算結果非常接近，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)，同時全部電容都除以該常數(shù)，濾波器性能不會改變，這樣可以微選取元件的標稱值帶來好處。</p><p><b>　　第五部分：設計成果</b></p><p>　　EWB建立在SPICE基礎上，它具有以下突出的特點： </p><p>　?。?）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上

14、模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測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物相似，可以實時顯示測量結果。 </p><p>　　（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。 </p><p>　?。?）作為設計工具，它可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數(shù)據(jù)

15、。 </p><p>　?。?）EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。</p><p><b>　　設計電路圖如下：</b></p><p>　　電路在EWB仿真軟件下工作下的結果截圖（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：總結與體會</p><p>　　通過這次巴特沃斯濾波器優(yōu)化設計，了解了濾波器的一些概念、功能和一些基本的類型，對模電知識有了進一步的了解，學習了低通原型濾波器及其傳遞參數(shù)、頻率變換、濾波器的設計流程和巴特沃斯濾波器的設計，在對截止頻率fc和濾波器的階數(shù)N

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

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