濾波器的設(shè)計(jì)

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。總結(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。通過列寫各個(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

3、器實(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

4、線如圖所示。 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

5、波器。四、 設(shè)計(jì)內(nèi)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)

6、較高的濾波器，可以達(dá)到更好的效果五、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程，減少后

7、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。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，而低頻濾波器會(huì)使信號(hào)中的低頻成分通過，讓要使用的頻率成分通過濾波器。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，但是每次都沒有放棄，而是通

8、過自己的努力和毅力頑強(qiáng)的把問題解決，我想這個(gè)過程深深的培養(yǎng)了自己獨(dú)立解決問題的能力。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籍，通過自學(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，但是我覺得更重要的是這個(gè)過程培養(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)值才能夠