【正文】 率工作越來越普遍，對分隔頻率的要求也相應(yīng)提高 ， 所以需用大量的濾波器。 理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。 低通濾波器是一個通過低頻信號而衰減或抑制高頻信號的部件。 1917年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn) 和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。但無源濾波器帶負(fù)載能力較差，不但通帶放大倍數(shù)會因負(fù)載電阻而減小，而且通帶截至頻率也會因負(fù)載電阻而增大。如在通信領(lǐng)域中為獲得最高信噪比所設(shè)置的匹配濾波器和為減少基帶傳輸過程中的碼間串?dāng)_所設(shè)置的均衡器；在數(shù)據(jù)采集中所設(shè)置的限帶抗混迭濾波和 D/A 轉(zhuǎn)化后的平滑濾波；以及在語音識別的研究，為提取語音頻譜而設(shè)置的帶通濾波器組等。 按通頻帶不同 ,可分為低通濾波器 (LP)、 高通濾波器 (HP)、 帶通濾波器 (BP)、 帶阻濾波器 (BS)。 (2)通帶截止頻率 fp 其定義與放大電路的上限截止頻率相同，見圖 。電路中引入負(fù)反饋以后可以使 輸出電壓在高頻段迅速下降，但在接近于通帶截止頻率的范圍內(nèi)又不要下降太多，從而有利于改善濾波特性。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 3 方案設(shè)計(jì)與仿真 設(shè)計(jì)思路 本次的低通濾波器設(shè)計(jì) 的要求是 f0=100kH、 200kHz、 500kHz,十倍頻程的衰減至少要 40dB，因此衰減 40dB 的要求基本上巴特沃斯、切比雪夫均可實(shí)現(xiàn)，但是我們選擇不同的濾波器拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)也會對結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，尤其是人為調(diào)試時要實(shí)現(xiàn)方便有效的效果。而且切比雪夫?yàn)V波器比巴特沃斯濾波器對元件的允許誤差更靈敏。 圖 可調(diào)增益低通濾波器 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 電路仿真及結(jié)果 仿真軟件簡介 本次仿真使用 Multisim軟件來進(jìn)行仿真。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 圖 Multisim 主窗口 仿真電路及結(jié)果 本次仿真由于 工作量比較大，在此僅列出 100kHz 低通濾波器的仿真結(jié)果，其他仿真結(jié)果在表格中列出來。 圖 100kHz 低通濾波器仿真電路圖例 2 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 圖 例 2 仿真示波器顯示結(jié)果 圖 例 2 幅頻響應(yīng) 仿真結(jié)果 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 結(jié)果分析，由虛擬示波器得到，當(dāng)輸入信號的頻率為 50kHz時，輸入輸出信號同頻同相，且輸入信號的幅值約為 19 mV 時，輸出信號的幅值約為 79m V，即 AF≈ 4，增益在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 4 實(shí)物制作與調(diào)試 實(shí)物制作采用萬能板做載體，電阻選用 10k? 普通色環(huán)電阻 8 個，電容選用 160pF、80pF、 30pF 瓷片電容各兩個， 100k? 滑動變阻器兩個， OP07CP 集成運(yùn)算放大器兩個，開關(guān)若干，實(shí)物制作如圖 所示。 但是在調(diào)試的過程中，由于設(shè)備不夠精密，并且制作的實(shí)物中未設(shè)置噪聲抑制的電路，導(dǎo)致本次調(diào)試過程中波形在一些頻段不太好測試，如果選用精度更高些的元器件或者在設(shè)計(jì)的濾波器電路中加入噪聲抑制的模塊效果會有很大的提升。通過本次的設(shè)計(jì)終于讓我認(rèn)識到，其實(shí)我們能做的事情有很多很多，因?yàn)槲覀儞碛袑W(xué)習(xí)的能力。老師比較忙，我們不能隨時的找到 他 ，否則的話我們肯定會每天都向 他 請教。但局限于調(diào)試設(shè)備等原因未找到低通濾波器的確切截止頻率，也無法測試出相應(yīng)的幅頻響應(yīng)曲線，為本次的調(diào)試留下了些許遺憾。而且由頻率響應(yīng)曲線可知，其截至頻率就在 100kHz附近，與設(shè)計(jì)要求的吻合。在出現(xiàn)的對話框中進(jìn)行如下設(shè)置：起始頻率 1Hz，終止頻率 1MHz，掃描類型選擇十進(jìn)制，縱坐標(biāo)選 dB 為刻度，在 “Output”選項(xiàng)卡中輸出節(jié)點(diǎn)選 V(6)，單擊“Simulation”，仿真結(jié)果如 下 圖 所示。目前最新版本是美國NI 公司推出的 Multisim10。已知通通帶截止頻率為 100kHz、 200kHz、 500kHz，即 0f = RC1/2? ，我們已首先定好電阻，計(jì)算出相應(yīng)的 電容值即可。巴特沃斯濾波器相對來說容易搭建，并且需要的元件也不像其他濾波器要求那樣精確。 (2)選擇具體的電路形式。 簡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。 與巴特沃斯逼近特性相比較，這種特性雖然在通帶內(nèi)有起伏，但對同樣的 n值在進(jìn)入阻帶以后衰減更陡峭，更接近理想情況。在高頻部分也出現(xiàn)了許多新型的濾波器，例如：螺旋振子濾波器、微帶濾波器、交指型濾波器等等。 根據(jù)題目具體要求，系統(tǒng)只需對弱電信號進(jìn)行處理，且對于信號處理的精確性要求較為苛刻，因此采用有源濾波器更為適合。從這些應(yīng)用比例來看，我國電子產(chǎn)品要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個 重要課題。 80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。 關(guān)鍵詞： 低通濾波器，巴特沃斯濾波器，頻率響應(yīng) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁 Lowpass filter circuit design and Achieve Author: Shang Shiwei Tutor: Song Jiayou Abstract Filter is a kind of twoport work. It has the characteristics of frequency choice, that can make some frequency pass, but to other frequency is to stop, because now in radar, microwave, munication, and other departments, more work frequency is being more and more mon, the requirements of the frequency of space also increase。它具有選擇頻率的特性， 即可以讓某些頻率順利通過，而對其它頻率則加以阻攔 。有源濾波器是指由放大電路及 RC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波器電路，它實(shí)際上是一種具有特定頻率 響應(yīng)的放大器。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。 20世紀(jì) 50年代無源濾波器日趨成熟。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。同時無源濾波器的體積和重量也比較大，其電感還會引起電磁干擾。在信號頻率動態(tài)范圍不寬的場合，設(shè)定固定截止頻率的濾波器技術(shù)已很成熟，但在許多工程應(yīng)用領(lǐng)域，信號頻率動態(tài)范圍往往很寬，如在 ~ 20kHz 之間變化，