濾波器的設(shè)計(jì)58796

1、一、 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介濾波器是指對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路。其主要功能是傳送輸入信號(hào)中有用的頻率成分，衰減或抑制無(wú)用的頻率成分。根據(jù)不同的要求，最常用的有源濾波電路有三種，即巴特沃思、切比雪夫和貝塞爾濾波電路。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的濾波器以實(shí)現(xiàn)高通、低通、帶通、帶阻四種不同的功能。為了比較各種不同的濾波器不同的濾波效果，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分別設(shè)計(jì)了不同種類的濾波器，并且比較它們的性能。濾波器能夠根據(jù)需要有選擇的通過(guò)所需要頻率的波，濾去不需要頻率的波，以達(dá)到消除噪聲，信息傳遞等目的，應(yīng)用非常廣泛。常用的有無(wú)源濾波器，有源濾波器，開(kāi)關(guān)濾波器，自適應(yīng)濾波器，數(shù)字濾波器等，下面是各

2、種濾波器的簡(jiǎn)介和分析二、設(shè)計(jì)要求分別設(shè)計(jì)不用種類的濾波器：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器，比較低階濾波器和高階濾波器的性能、有源濾波器和無(wú)源濾波器的性能的好壞。對(duì)自己設(shè)計(jì)出的濾波器進(jìn)行評(píng)估。使用orCAD進(jìn)行仿真，得出各種濾波器的幅頻特性曲線?？偨Y(jié)自己課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。三、設(shè)計(jì)路線從低階基本的濾波器著手，然后將不同的低階基本的濾波器組合起來(lái)就可以構(gòu)成其他種類的濾波器或者是高階濾波器。通過(guò)列寫(xiě)各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的KCL方程，便可以得出高階濾波器的傳遞函數(shù)。接著根據(jù)設(shè)計(jì)要求，算出電路中各元件的參數(shù)，并借助orCAD軟件進(jìn)行仿真。測(cè)試所設(shè)計(jì)的濾波器濾波能力的好壞。1 濾波器的分類有源濾波器

3、實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R、C等無(wú)源元件而構(gòu)成的。通常有源濾波器分為：l 低通濾波器（LPF）l 高通濾波器（HPF）l 帶通濾波器（BPF）l 帶阻濾波器（BEF）它們的幅度頻率特性曲線如圖所示：2 簡(jiǎn)單一階低通有源濾波器一階LPF 一階LPF的幅頻特性曲線當(dāng)f = 0時(shí)，電容器可視為開(kāi)路，通帶內(nèi)的增益為一階低通濾波器的傳遞函數(shù)如下，其中3 簡(jiǎn)單二階低通有源濾波器為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，再加一節(jié)RC低通濾波環(huán)節(jié)，稱為二階有源濾波電路。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。二階LPF的電路圖如圖所示，幅頻特性曲線如圖所示

4、。 二階LPF 二階LPF的幅頻特性曲線 當(dāng)f = 0時(shí)，各電容器可視為開(kāi)路，通帶內(nèi)的增益：二階低通有源濾波器傳遞函數(shù):通帶截止頻率： 將s換成j，令可得 當(dāng)時(shí)，上式分母的模解得截止頻率：與理想的二階波特圖相比，在超過(guò)以后，幅頻特性以-40 dB/dec的速率下降，比一階的下降快。但在通帶截止頻率之間幅頻特性下降的還不夠快。4 有源帶通濾波器(BPF)和帶阻濾波器(BEF)帶通濾波器是由低通RC環(huán)節(jié)和高通RC環(huán)節(jié)組合而成的。要將高通的下限截止頻率設(shè)置為小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。二階壓控型BPF以低通濾波器為例：由圖可以看出階數(shù)越高，幅頻特性曲線就越接近理想濾波器。四、 設(shè)計(jì)內(nèi)

5、容一、 低通一階無(wú)源濾波器傳遞函數(shù)為：A(S)=下圖是一階低通濾波器設(shè)計(jì)圖下圖是上面電路的幅頻特性曲線二、低通一階有源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖 濾波器的幅頻特性曲線通過(guò)有源和無(wú)源濾波器的比較可以看出，有源濾波器的濾波效果相對(duì)來(lái)說(shuō)較好，后面接負(fù)載后，對(duì)濾波效果影響較小，但也有造價(jià)較高，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)。三、低通二階無(wú)源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖濾波器的幅頻特性曲線四、低通二階有源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖濾波器的幅頻特性曲線通過(guò)對(duì)比一階濾波器的濾波效果和二階濾波器的濾波效果，我們可以看出二階濾波器的濾波效果要好于一階濾波器，同理階數(shù)越高的濾波器濾波效果越好。在對(duì)信號(hào)要求較高的電路中可以使用階數(shù)較高的濾波器，可以達(dá)到

6、更好的效果五、高通一階無(wú)源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖濾波器的幅頻特性曲線六、高通一階有源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖濾波器的幅頻特性曲線七、高通二階無(wú)源濾波器 設(shè)計(jì)電路圖 濾波器的幅頻特性曲線八高通二階有源濾波器濾波器的幅頻特性曲線九、帶通二階有源濾波器傳遞函數(shù)A(S)= 設(shè)計(jì)電路圖帶通濾波器的幅頻特性曲線此帶通濾波器是由一個(gè)高通濾波器和一個(gè)低通濾波器串聯(lián)而成，這樣高頻濾波器會(huì)去除信號(hào)中低頻部分，而低頻濾波器會(huì)去除信號(hào)中的高頻成分，讓要使用的頻率成分通過(guò)濾波器。為了實(shí)現(xiàn)更好的濾波效果，該設(shè)計(jì)的濾波器的高頻濾波器和低頻濾波器都采用有源二階濾波器，并且使用運(yùn)放放大電路隔離兩次濾波過(guò)程，減少后面電路接負(fù)載時(shí)對(duì)前面負(fù)載

7、的影響，提高了濾波效果。十、帶阻有源二階濾波器A(S)=設(shè)計(jì)電路濾波器幅頻特性曲線此帶阻濾波器是由一個(gè)高通濾波器和一個(gè)低通濾波器并聯(lián)而成，這樣高頻濾波器會(huì)使信號(hào)中高頻成分通過(guò)，而低頻濾波器會(huì)使信號(hào)中的低頻成分通過(guò)，讓要使用的頻率成分通過(guò)濾波器。為了實(shí)現(xiàn)更好的濾波效果，該設(shè)計(jì)的濾波器的高頻濾波器和低頻濾波器也都采用有源二階濾波器，并且使用運(yùn)放放大電路隔離兩次濾波過(guò)程，減少后面電路接負(fù)載時(shí)對(duì)前面負(fù)載的影響，提高了濾波效果。五、 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是我第一次課程設(shè)計(jì)，期間經(jīng)過(guò)了選題、構(gòu)思、軟件仿真、課程設(shè)計(jì)總結(jié)等幾個(gè)方面，雖然中途遇到的很多困難，但是每次都沒(méi)有放棄，而是通過(guò)自己的努力和毅力頑強(qiáng)的把

8、問(wèn)題解決，我想這個(gè)過(guò)程深深的培養(yǎng)了自己獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。在課堂上我們學(xué)習(xí)有關(guān)的濾波器知識(shí)并不是很多，所以在課下翻閱了一定量的書(shū)籍，通過(guò)自學(xué)，我豐富了自我的有關(guān)濾波器的知識(shí)，讓自己知道的更多了，但是我覺(jué)得更重要的是這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了我的自學(xué)能力，這種能力將會(huì)在以后給我很大的幫助。另外，我認(rèn)為這次課程設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)人的耐心都是一種考驗(yàn)，誠(chéng)然，完成這樣的課程設(shè)計(jì)需要我們投入很多的時(shí)間，很多的精力，這培養(yǎng)了我們?cè)诿鎸?duì)困難的時(shí)候的耐心，如此一來(lái)，在以后遇到其他困難的時(shí)候我們就會(huì)更加有耐心，不至于半途而廢。此外，在這次課程設(shè)計(jì)中，我還學(xué)會(huì)了如何使用orCAD進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)、繪制、仿真等，在使用這個(gè)軟件時(shí)候必須認(rèn)真選取元件以及元件的參數(shù)值才能