無源低通濾波器設(shè)計畢業(yè)論文

無源低通濾波器設(shè)計技術(shù)指標(biāo)通帶允許起伏：-1dB0≤f≤5kHz阻帶衰減：≤-15dBf≥10kHz設(shè)計原理本設(shè)計采用巴特沃斯(Butterworth)濾波器。巴特沃斯濾波器是最基本的逼近函數(shù)形式之一，它的幅頻特性H(jω)的模平方為式中，N是濾波器的階數(shù)；是濾波器的截止角頻率，當(dāng)時，。不同階次的巴特沃斯濾波器特性如圖所示，這一幅頻特性具有以下特點：圖1巴特沃斯濾波器幅頻相應(yīng)最大平坦性：在ω=0點，它的前(2N-1)階導(dǎo)數(shù)為零，即濾波器在ω=0附近一段范圍內(nèi)是非常平直的，它以原點的最大平坦性來逼近理想低通濾波器。通帶和阻帶的下降的單調(diào)性，具有良好的相頻特性。3dB的不變性：隨著N的增加，通帶邊緣下降越陡峭，越接近理想特性。但無論N是多少，幅頻特性都經(jīng)過-3dB點。當(dāng)時，特性以20NdB/dec速度下降。設(shè)計步驟求濾波器階數(shù)N 由給定的技術(shù)指標(biāo)寫出濾波器幅頻特性在和兩特定點的方程：聯(lián)立方程，消去，求解NN=log取整后得到要求的階數(shù)N=4。求衰減為-3dB的截止角頻率，將N=4代入的表達(dá)式得到∣H(jωs)∣=11+即求濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。歸一化的系統(tǒng)函數(shù)的分母稱作巴特沃斯多項式，已知N=4時，BNs=s4+2.61313s3+3.41422s2+2.61313s+1，經(jīng)過去歸一化，H(4)設(shè)計實現(xiàn)電路。一般情況電路都是工作在匹配狀態(tài)，故信號源內(nèi)阻和負(fù)載電阻相等，此時滿足 用達(dá)林頓電路實現(xiàn)時，策動點阻抗函數(shù)可表示為 為簡化計算，把策動點阻抗函數(shù)對信號源內(nèi)阻歸一化，即將上式按的降冪展開得：Z11(s)展開成連分式表示Z11(s)Rs=0.765s+其中，L1圖2N=4階的巴特沃斯低通原型濾波器實現(xiàn)在實際實現(xiàn)電路時，需要把原型濾波器的元件值對頻率和內(nèi)阻去歸一化。電阻值恢復(fù)原來值即可，實際電容、電感值可由下式求出現(xiàn)在根據(jù)原型電路圖對各元件去歸一化：LCLC具體實現(xiàn)電路如下圖圖3N=4階的巴特沃斯低通濾波器實際電路電路仿真及結(jié)果(1)在Matlab7.1/Simulink中仿真，輸入系統(tǒng)的函數(shù)，進(jìn)行線性分析，畫出濾波器的幅頻相應(yīng)和相頻相應(yīng)（見圖4）。圖4濾波器的幅頻、相頻相應(yīng)從波特圖中可以看出，在誤差允許范圍內(nèi)，當(dāng)頻率小于8kHz時，衰減小于1dB；當(dāng)頻率大于15kHz時，衰減大于20dB；截止頻率大約為9.5kHz。濾波器實現(xiàn)了要求的技術(shù)指標(biāo)。(2)在Simulink中搭建如下所示的電路圖，其中低頻信號=8000Hz，高頻信號=20kHz。元件、用10mH和0.39mH的電感串聯(lián)近似得到，用33mH和0.6mH電感串聯(lián)得到，用27nF電容近似。圖5Simulink中的電路實現(xiàn)首先只輸入低頻信號，幅值為U1=100V。通過示波器觀察，輸出信號幅值為輸入信號的一半左右，相位大約滯后輸入信號180度：與波特圖上的曲線該點數(shù)據(jù)相吻合。圖6低頻信號的輸入、輸出信號波形其次只輸入高頻信號，幅值為U2=100V。通過示波器觀察其響應(yīng)，輸出信號幅值衰減到大約只有輸入信號的1%，相位大約滯后輸入信號360度。圖7高頻信號的輸入、輸出波形最后，將低頻信號和高頻信號同時輸入給濾波電路，U1=100V，U2=10V。通過示波器觀察輸入、輸出波形。輸入信號相當(dāng)于在基頻的正弦波中混雜了頻率為的高次諧波，經(jīng)過濾波器電路之后，發(fā)現(xiàn)高次諧波基本被濾掉，輸出波形是比較完美的基頻正弦波。圖8高低頻信號疊加后的濾波效果結(jié)論通過一般的工程設(shè)計方法，設(shè)計了4階巴特沃斯無源濾波器，求出系統(tǒng)函數(shù)，計算出實際電路的元件參數(shù)。將電路在Matlab/Simulink中進(jìn)行仿真，得出一組輸入輸出波形。仿真結(jié)果驗證了這種工程設(shè)計方法的正確性，所得到的濾波器具有良好的濾波性能，在0～5kHz內(nèi)衰減不超過1dB，能夠有效地衰減頻率高于10kHz的諧波。但是仿真結(jié)果并不代表實際的濾波特性，當(dāng)電路圖制成PCB版后，由于受到實際元器件性能以及導(dǎo)線電阻、寄生電容、分布電感等的影響，濾波效果與本設(shè)計中的仿真存在差別。因而在制作濾波器時必須予以考慮。有源低通濾波器20k赫茲本設(shè)計采用巴特沃斯(Butterworth)濾波器。巴特沃斯濾波器是最基本的逼近函數(shù)形式之一，它的幅頻特性H(jω)的模平方為式中，N是濾波器的階數(shù)；是濾波器的截止角頻率，當(dāng)時，。不同階次的巴特沃斯濾波器特性如圖所示，這一幅頻特性具有以下特點：圖1巴特沃斯濾波器幅頻相應(yīng)可見階數(shù)n越高，其幅頻特性越好，低頻檢測信號保真度越高。4階有源低通濾波器可以由2個2階低通濾波器級聯(lián)組成，其基本電路圖如圖3所示。設(shè)計4階巴特沃思低通濾波器的傳遞函數(shù)，用2個2階巴特沃思低通濾波器構(gòu)成1個4階巴特沃恩低通濾波器，其傳遞函數(shù)為：為了簡化計算，其參數(shù)滿足如下條件：選取C=0.01uF，可算得R=796

Ω。4階巴特沃思低通濾波器2個阻尼系數(shù)為：-0.765,1.848增益為：則傳遞函數(shù)為：可以選擇兩個2階巴特沃斯低通濾波器級聯(lián)組成。增益分別為：對于第一級，若選取R3=61KΩ，則R4=9.27KΩ；對于第二級，若選取R7=20KΩ，則R4=24.7KΩ。低通濾波器的設(shè)計是已ω0（-3dB、H0LP（直流增益）、Q（在-3dB截止頻率時的電壓放大倍數(shù)與通帶放大倍數(shù)數(shù)值之比）HOLPωQ=由上式可知，可通過先調(diào)整R1來調(diào)整ω0，然后通過調(diào)整K來調(diào)整等值元件電路設(shè)計令R1=R2=R,C1=C2=C,簡化上述格式，則HOLPωQ=得出的設(shè)計方程為RC=K=3R設(shè)電容C的取值為1nF,R=12π取標(biāo)稱值，R=16Kω(2)根據(jù)K確定電阻RAK=3-1取RA=1000Ω,則RB=585.8Ω基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機(jī)的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計基于單片機(jī)技術(shù)的WDR-01型聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)測試儀的研制一種RISC結(jié)構(gòu)8位單片機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)基于單片機(jī)的公寓用電智能管理系統(tǒng)設(shè)計基于單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)在溫室大棚中的設(shè)計與實現(xiàn)HYPERLINK"/detail.htm?3933