模電課程設(shè)計語音濾波器的設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模電課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 語音濾波器的設(shè)計 學 院 名 稱： 南昌航空大學信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： 110423班 學號： 11042333 姓名： 張江 評分： 教師： 程宜凡 2013 年 3 月 12 日24 模擬電路 課程設(shè)計任務書20122013 學年第 2學期第 1 周 3 周 題目透明度報警器內(nèi)容及要求截止頻率fh3000hz,fl=300hz；電壓增益av=10；阻帶衰減速率為-40db/10倍頻程；進度安排第1周：查閱資料，到機房學習仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成

2、系統(tǒng)的設(shè)計；第3周：檢查設(shè)計結(jié)果、撰寫課設(shè)報告。學生姓名：徐星星 、張江指導時間：周一、周三、周四下午指導地點：e 樓 311室任務下達2013 年2月25日任務完成2013 年 3 月15日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師程宜凡系（部）主任付崇芳摘要 濾波器在通信測試和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。一個理想的濾波器應在要求頻帶通帶內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的增益而在通帶以外具有無窮大的衰減。所以電路可采用一級二階低通與一級二階高通濾波電路級聯(lián)但是由于衰減速率達不到要求，再級聯(lián)一級二階帶通濾波器，再通過multisim軟件進行仿真，測試電路，并通過焊接電路來達到效果。關(guān)鍵字：濾波

3、器 multisim軟件 高通、低通濾波器 目錄前言5一、濾波器的參數(shù)51.1濾波器的傳遞函數(shù)51.2濾波器的頻率特性6二、濾波器設(shè)計方案82.1設(shè)計思路82.2單元電路的設(shè)計92.2.1濾波器的傳遞函數(shù)92.2.2濾波器的參數(shù)的確定102.3仿真結(jié)果14三、 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)183.1調(diào)試183.2總結(jié)：193.3心得體會：19參考文獻20附錄121芯片lm324的資料21附錄222元器件清單22附錄323實物對照23 前言濾波器其實就是選頻電路，可允許部分頻率的信號順利通過，而另一部分頻率的信號受到較大抑制。信號能通過的頻率范圍稱通頻帶/通帶；受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱阻帶；通帶和

4、阻帶間的分界頻率稱截止頻率。理論上，在通帶內(nèi)電壓增益為常數(shù)，阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實際上，通帶和阻帶間存在一定頻率范圍的過渡帶。 從功能上分，濾波器分為低通、帶通、高通、帶阻等。功能： 濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號的功能。類型：按處理信號形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器；按功能分：低通、高通、帶通、帶阻；按電路組成分：lc無源、rc無源、由特殊元件構(gòu)成的無源濾波器、rc有源濾波器，rc電路中又有壓控電壓源電路和無限增益多路反饋電路；按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階。 一、濾波器的參數(shù)1.1濾波器的傳遞函數(shù)模擬濾波電路的特性可由傳遞函數(shù)來

5、描述。傳遞函數(shù)是輸出與輸入信號電壓或電流拉氏變換之比。經(jīng)分析，任意個互相隔離的線性網(wǎng)絡級聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各網(wǎng)絡傳遞函數(shù)的乘積。這樣，任何復雜的濾波網(wǎng)絡，可由若干簡單的一階與二階濾波電路級聯(lián)構(gòu)成。 表2.1.1 二階rc濾波器的傳輸函數(shù)類型傳輸函數(shù)性能參數(shù)低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率bw帶通、帶阻濾波器的帶寬高通帶通帶阻1.2濾波器的頻率特性 通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折

6、頻率fc=wc/(2p)為信號功率衰減到1/2(約3db)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復雜電路往往有多個固有頻率。av0.707avav （a） (b)fcav0.707av (c)圖2.2.1 濾波器的幅頻特性曲線 （a）高通 （b）帶通 （c）低通 二、濾波器設(shè)計方案2.1設(shè)計思路考慮到實用性，帶負載能力要比較強，要滿足輸入阻抗應足夠高，輸出阻抗應夠??；要滿足阻帶衰減頻率等于或大于40db/10倍頻程，由于在理論上，一級二階濾波電路的衰減頻率為40db/10倍頻程，在實際做板子時，衰減頻率沒有達到40d

7、b/10倍頻程，所以要考慮到將幾個濾波電路級聯(lián)在一起，提高衰減頻率。我們知道，帶通濾波電路可以有一個高通和一個低通的濾波電路級聯(lián)而成，再級聯(lián)上一個帶通的濾波電路，提高衰減頻率。電路的增益av=10，在設(shè)計電路時計算好阻值和容值。圖2.1.1 帶通濾波器設(shè)計原理2.2單元電路的設(shè)計2.2.1濾波器的傳遞函數(shù)帶通濾波器高通濾波器低通濾波器圖3.2.1 系統(tǒng)框圖由于是要設(shè)計一個帶通濾波器，那么可以將一級二階低通濾波器與一級二階高通濾波器級聯(lián)。1.二階低通濾波器的傳輸函數(shù)與性能參數(shù)：傳輸函數(shù)為：其中：電壓增益，截止角頻率，品質(zhì)因數(shù)性能參數(shù)如表2.2.1所示：表2.1.1 二階rc濾波器的傳輸函數(shù)類型傳

8、輸函數(shù)性能參數(shù)低通 電壓增益低、高通濾波器的截止角頻率帶阻塞、帶阻濾波器的中心角頻率bw帶通、帶阻濾波器的帶寬高通帶通帶阻2.2.2濾波器的參數(shù)的確定 1.一級二階低通濾波器的設(shè)計：由表2.2.1得到二階壓控電壓源低通濾波器的電路，如圖2.2.1所示；圖2.2.1 二階壓控電壓源低通濾波器電路由得，時，?。粡谋?.2.1得時，電容；電阻，； 將中得到的電容；電阻，的數(shù)據(jù)分別帶入圖2.2.1二階壓控電壓源低通濾波器電路中；得到一級截止頻率為的二階低通濾波器，如圖2.2.2所示。圖2.2.2 截止頻率為的二階低通濾波器2.一級二階高通濾波器的設(shè)計：由表3.2.2得到二階無限增益多路反饋高通濾波器的

9、電路,2.2.3所示； 圖2.2.3 二階無限增益多路反饋高通濾波器電路由得，時，??；從表3.2.3得時，電容；電阻，；將中得到的電容；電阻，的數(shù)據(jù)分別帶入圖3.2.3二階無限增益多路反饋高通濾波器電路；得到一級截止頻率為的二階高通濾波器，如圖1.4所示。 圖2.2.4 止頻率為的二階高通濾波器 3.將兩級濾波器進行級聯(lián)，得到所要求設(shè)計的截止頻率為，增益為的帶通濾波器，如圖2.2.5所示。圖2.2.5 截止頻率為，的帶通濾波器2.3仿真結(jié)果 將所設(shè)計出來的原理圖放在仿真軟件中仿真，仿真軟件用multisim，則，畫好的電路圖如下：圖2.3.1 電路在仿真軟件中的電路圖 （a） (b) 圖2.3

10、.2 仿真波特圖輸入為100mvpp，頻率為300hz的仿真輸出：圖2.3.3 300hz的輸出波形圖輸入為100mvpp，頻率為3000hz的仿真輸出：圖2.3.4 3000hz的輸出波形圖輸入為100mvpp，頻率為1650hz的仿真輸出：圖2.3.5 1650hz的輸出波形圖三、 數(shù)據(jù)處理與總結(jié)電壓頻率320hz1650hz3500hz0.240.240.241.602.401.603.1調(diào)試 最終制成電路板，將制好的電路板進行調(diào)試，將電源，信號源，示波器接好。調(diào)試過程遇到的問題與解決方案：1） 增益問題在實際電路中用的都是電位計來代替，因為在實驗室中找不到相對應的組值，所以我們小組采用

11、三個都電位計來代替仿真中的三個電阻，用此三個電位計將阻值分別調(diào)到得到的放大倍數(shù)。當輸入時320hz時，放大倍數(shù)為=6.67，當輸入時1650hz時，放大倍數(shù)為=10，恰好當輸入時3500hz時，放大倍數(shù)為=6.67，所以得住的結(jié)果滿足題設(shè)要求。2) 中心頻率問題由電路的指標fl=300hz,fh=3000hz，可知電路的中心頻率是1650hz，在調(diào)試板子時，我發(fā)現(xiàn)，按照理論值接上電容電阻后，在第一第二級組成的帶通電路中，中心頻率能過達到要求，但是第三級的帶通濾波器的中心頻率對整個電路的中心頻率影響很大，將電阻調(diào)到時的出的放大倍數(shù)與課設(shè)要求的相符.。3.2總結(jié)： 這次設(shè)計利用了二階有源低通濾波電

12、路和一個二階有源高通濾波電路級聯(lián)成一個帶通電路，又在此基礎(chǔ)上級聯(lián)一個二階有源帶通濾波電路，增加衰減頻率。在滿足低通帶截止頻率高于高通帶截止頻率的條件下，把相同元件壓控電壓濾波器的低通和高通起來可以實現(xiàn)帶通濾波器的通帶響應設(shè)計出來的語音濾波器在某種程度上實現(xiàn)了設(shè)計要求，截止頻率320hz3500hz；電壓增益基本符合；阻帶衰減速率也滿足設(shè)計要求。3.3心得體會： 通過這次設(shè)計語音濾波器，學到很多，這是入學以來第一次從電路的設(shè)計到電路板的制作、調(diào)試都是自己動手的。從很大程度上提高了我的動手能力，也加強了對專業(yè)的認識，更加明白了制作電路板應該注意的事項，也明白理論和實際是不同的兩個環(huán)節(jié)，就比如，設(shè)計出來的電路在理論上是可行的，但是實際做出來的板子可能也會沒有波形出現(xiàn)，這就需要調(diào)試，調(diào)試又要從理論上找準修改的元器件的值，所以在這次理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計中，收獲頗多。參考文獻1. 楊曉慧、白雪編著 電子下路學習指導 北京 國防工業(yè)出版社 . 2. 吳丙申、卞祖富編著模擬電路基礎(chǔ)北京北京理工大學出版社.3. 康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)北京高等教育出版社. 附錄1芯片lm324的資料 四運算放大器：lm324內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償 的運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源 電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感