一階無源高通濾波器設計課程設計

1、?信號與系統(tǒng)分析?高通濾波器課程設計 院系：電子與信息工程學院 班級：電信11-2班 姓名： 學號： 指導老師： 日期：2021年12月27日 一階無源高通濾波器設計班級：電信11-2班 姓名： 學號：1、 課程設計目的： 1熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的根本方法 ； 2進一步提高自己的動手實踐能力； 3掌握專業(yè)課程設計報告； 4設計一個截止頻率為10500Hz的高通濾波器 。 2、 課程設計儀器名稱參考型號數(shù)量用途函數(shù)信號發(fā)生器YB4340G1觀察輸入輸出波形示波器YB26391信號源萬用表VC9807A1測電阻值三、設計濾波器的整體思路 1、設計思路1首先根據(jù)濾波器的根本原理，設計出其根本組

2、成框圖。 2根據(jù)有源高通濾波器的原理圖，按照層次化、模塊化、 參數(shù)化的設計思路，完成設計電路。 3畫出電路圖，根據(jù)KCL列出電路的頻率響應函數(shù)，進行復頻域分析，討論其頻率特性。4根據(jù)設計要求，求出元件參數(shù)，并求出實際濾波器參數(shù)。5應用Multisim軟件進行仿真分析，并分析其性能。6應用matlab軟件對其進行編程分析，仿真測試。 2、設計指標：截止頻率為10500Hz的高通濾波器。 3、濾波器的有關參數(shù) 1實際濾波器的根本參數(shù)：理想濾波器是不存在的，其特性只需用截止頻率描述，而實際濾波器的特性曲線無明顯的轉(zhuǎn)折點，故需用更多參數(shù)來描述。 2截止頻率所對應的頻率稱為濾波器的3dB截止頻率。以對應

3、于-3dB點，即相對于衰減3dB。假設以信號的幅值平方表示信號功率，那么所對應的點正好是半功率點。 3紋波幅度d：在一定頻率范圍內(nèi)，實際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動幅度d與幅頻特性的平均值相比，越小越好，一般應遠小于-3dB。 4濾波器因數(shù)或矩形系數(shù):濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式，它是利用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬與-3dB帶寬的比值來衡量濾波器選擇性，理想濾波器=1，常用濾波器=15，顯然，越接近于1，濾波器選擇性越好。 濾波器的截止頻率用來說明電路頻率特性指標的特殊頻率。當保持電路輸入信號的幅度不變，改變頻率使輸出信號降至最大值的0.707倍，或某一特殊額定值時該

4、頻率稱為截止頻率。4、 一階高通濾波電路設計 1定義：讓某一頻率以上的信號分量通過，而對該頻率以下的信號分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。 2.一階高通濾波器電路圖如下： 3、計算公式 1頻率響應： 2截止頻率：電阻與電容的乘積RC是時間常數(shù)；它與截止頻率成反比，在截止頻率上輸出信號的強度是輸入信號的一半。 其中f的單位是赫茲(Hz)，R的單位是歐姆，C的單位 是法拉，簡稱“法。 通帶損耗：3dB 最大承受平均功率：33dBm 幅頻特性：帶通內(nèi)變化3dB高通濾波器響應曲線 由KCL分析得: 頻率響應 令，那么 ，代入式3.1可得： 由以上各式可知： 當 五、電路板制作規(guī)格：7cm

5、*5cm) 1、電阻R及電容C參數(shù)的選取 R=90 2、實驗所用電路板如下列圖： 3、用MATLAB程序進行仿真程序如下：clear;r=90;c=0.168e-6;fo=0;fn=30000;df=0.01;f=f0:df:fn;w=2.*pi.*f;a=(1./(w.*r.*c).2;H=(1./(1+a).2;plot(f,H);xlabel(f);ylabel(H；實際圖形如下：H(jw) f/HZ 六、頻譜函數(shù)測試 1、測試步驟 1按下示波器電源“power； 2掃描時間“TIME/DIV到達0.2ms； 3將示波器“MODE到達“CH1；ACGNDDCDC 4將“VOLTS/DIS

6、到達“1； 5將 打到AC; (6)將同軸測試電纜連接到“CH1上，測試筆上的開關推到“X1 校準“CH1: 校準“CH2： 2、用信號系統(tǒng)實驗箱上的函數(shù)信號發(fā)生器輸出正弦信號； 1接通電源實驗箱后，閉合實驗箱開關實驗箱右側(cè)邊； 2找到函數(shù)信號發(fā)生器模塊實驗箱右下角；按下個黃色按鈕，發(fā)光二極管亮，“MAX038模塊得電。同軸測試電纜上的鱷魚夾接函數(shù)信號發(fā)生器的“GND，測試鉤接“輸出； 3找到跳線連接組，將跳線插在“JD4; 4將轉(zhuǎn)換開關K1201和K1202右下角同時打到右邊，可在示波器上看到正弦信號； 5調(diào)節(jié)占空比旋鈕和幅度旋鈕使得波形u=1(V)。 3、正確接入濾波器 1用導線接濾波器的

7、輸入端，另一端插入接信號信號發(fā)生器的輸出端； 2將示波器的同軸測試電纜CH2上的鱷魚夾接濾波器的“地端，測試鉤接“輸出； 3將示波器“MODE打到“DUAL，調(diào)節(jié)頻率旋鈕，觀察波形； 4根據(jù)規(guī)定當輸出的為最大的0.707倍時所對應的頻率即為截止頻率 。由1可知當 時對應的頻率即為截止頻率。 調(diào)節(jié)頻率旋鈕同時觀察輸出波形找到=0.707的波形。 5調(diào)節(jié)頻率f和電壓U，假設“未按下，可用 6線路連接如下： 將TIME/DIV打到1ms，將“VOLTS/DIS打到“1 波形如下列圖： CH1通道輸入信號，輸入電壓 始終為1V，調(diào)節(jié)頻率旋鈕，調(diào)節(jié)輸出電壓 數(shù)據(jù)記錄如下表： 4、數(shù)據(jù)處理：用MATLAB

8、仿真軟件進行數(shù)據(jù)綜合datax1=5105,7021,8300,10250,11940,12800,14720,16720,20360,22950,25570,28280;datay1=;plot(datax1,datay1) 實際圖形如下： H(jw) f/Hz七、誤差分析=%E=%5%在誤差范圍內(nèi)八、實驗總結： 本次設計深刻理解了濾波器的工作特點，掌握電子系統(tǒng)的一般設計方法，掌握常用元器件的識別和測試培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力，熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的根本方法，掌握專業(yè)論文報告的格式及流程，進一步提高自己的動手實踐能力，為進一步的深造打下了良好根底，進一步提高自己的動手實踐能

9、力，為進一步的深造打下了良好根底。 1 由仿真結果可知，當頻率為通帶3dB截止頻率時，輸出電壓約為最大輸出電壓的0、707倍，即。2 由仿真結果可知，高通濾波器削弱低頻信號，只放大頻率高于的信號。3 設計中，輸出波形沒有失真，說明只要正反應引入得當，適當控制放大倍數(shù)，就能在時使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，又不會因正反應過強而產(chǎn)生自激振蕩。4 設計中，分析了濾波器的倍頻特性，求出了特性曲線的等效直線的斜率。5 設計中，從多方面分析了濾波器系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，并且考慮了系統(tǒng)受不同Q值的影響和系統(tǒng)穩(wěn)定性能。 設計存在問題 本次課程設計我們主要根據(jù)設計任務要求，首先分析了濾波器的原理，從而確定了各個組

10、成局部。在充分分析和掌握了各局部電路的工作原理后，進行了認真仔細的計算和公式的推倒，最終掌握了具有一般性的相關公式。當然，在公式的驗算中為了簡化公式，我們也采取了一些小技巧，如在確定滿足課題要求的情況下，令電容相等，從而大大簡化了計算過程，并沒有分析對其電路有何影響，且在設計電路的誤差分析、參數(shù)選擇的優(yōu)越性等存在缺乏。8、 心得體會 通過這次課程設計，使我掌握了課程設計的根本思路和方法，掌握了課程設計說明書的根本撰寫方法，了解了根本的設計思想和設計方法。同時此次課程設計使我對?數(shù)字信號處理原理?這門課程的根底知識和根本理論有了更深的理解和掌握，鍛煉了我們綜合運用所學知識的能力，并在理論分析設計、計算制圖運用標準和標準查閱設計手冊與資料以及計算機應用能了等方面得到了初步的訓練和提高，培養(yǎng)了我們嚴謹求實的科學態(tài)度。同時這次課程設計采用分組的形式進行，鍛煉了我們的分工合作能力，同時培養(yǎng)了我們的團隊意識。 這次課程設計使我進一步熟悉了計算工具軟件-MATLAB.并進一步掌握了MATLAB的使用方法.對MATLAB語言的開展和特點有了更深的了解，熟悉其工作環(huán)境，并掌握了MATLAB的根本語法，在其應用方面也有了更深的了解，了解了MATLAB程序書寫的一般思路及一般步驟，學會了用MATLAB解決復