【正文】 在設(shè)計要求范圍內(nèi)。 圖 可調(diào)增益低通濾波器 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 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)計說明書 第 9 頁 3 方案設(shè)計與仿真 設(shè)計思路 本次的低通濾波器設(shè)計 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、切比雪夫均可實現(xiàn)，但是我們選擇不同的濾波器拓補結(jié)構(gòu)也會對結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，尤其是人為調(diào)試時要實現(xiàn)方便有效的效果。 (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 。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。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。 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。 目前由于在雷達(dá)、微波、通訊等部門，多頻率工作越來越普遍，對分隔頻率的要求也相應(yīng)提高 ， 所以需用大量的濾波器。 濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但 RC 網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對濾波器的性能要求越來越高，功能也越來越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。雖然它們的設(shè)計方法各有自己的特殊之點，但是這些設(shè)計方法仍是以低 通 濾波器設(shè)計為基礎(chǔ)，再從中演變而成 ，因此 我們 這次所設(shè)計的 濾波器 具有廣泛的學(xué)習(xí)意義。它比一階低通濾波器的濾波效果更好。切比雪夫濾波器提供比巴特 沃斯在超過 3dB 點更敏銳的衰減速率。相對于其它 EDA 軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，并且提供更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法，完全滿足電路的各種仿真需要。 綜合上述幾個例子，本次設(shè)計的低通濾波器電可以實現(xiàn)通帶增益 ~4 的調(diào)節(jié)，滿足設(shè)計所要求的參數(shù)。 另外，還要感謝 ***在 Multisim 軟件仿真上和基礎(chǔ)理論知識上給的耐心指導(dǎo)，是他不僅給了我軟件的安裝包，還教會了我仿 真的方法，在仿真的時候起到了至關(guān)重要的作用。本次的設(shè)計首先運用軟件仿真保證了實物制作后成功的概率，而實物制作的元器件選取上則選用的是最常用的器件，為調(diào)試過程中器件的更換創(chuàng)造了方便，本次調(diào)試中，所測得的波形也比較清晰。 選取新的電路并重復(fù)上述仿真步驟，記錄仿真結(jié)果。 本次設(shè)計電路圖如圖 所示（其中利用撥碼開關(guān)進(jìn)行三種截止頻率的調(diào)換）。 (5)安裝電路并進(jìn)行調(diào)試，使電路的性能滿足指標(biāo)要求。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 圖 切比雪夫濾波器特性曲線 低通濾波器的作用和結(jié)構(gòu) 低通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo) (1)通帶增益 VpA 通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，性能良好的 LPF 通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是平坦的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。 本課題的研究背景、發(fā)展及意義 濾波器技術(shù)在計算機測控技術(shù)、通信、 數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。我國廣泛使用濾波器是 50年代后期的事，當(dāng)時主要用于話路濾波和報路濾波。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。再則，微波固體器件的應(yīng)用對濾波器的發(fā)展也有推動作用，像參數(shù)放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器等一類器件都是多頻率工作的，都需用相應(yīng)的濾波器。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負(fù)有重大的歷史責(zé)任。 本 次設(shè)計 的基本內(nèi)容 本次低通濾波器設(shè)計所涉及的基本內(nèi)容大概有常見濾波器的分類，低通濾波器的設(shè)計步驟，主要元件介紹，元件參數(shù)的計算， Multsim 10 簡介電路設(shè)計及仿真 ，實物制作及調(diào)試。 二階 LPF 的電路圖如圖 所示，幅頻特性曲線如圖 所示。達(dá)到這么陡峭的衰減是要付出代價的 代價是通頻帶內(nèi)的電壓波動，被稱為通帶波動。 要強調(diào)的是， NI Multisim10 軟件則不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，其在LabVIEW 虛擬儀器、單片機仿真等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于 EDA 技術(shù)的更高層次范疇。 利用 Multsim進(jìn)行其他濾波器的仿真測試，得到結(jié)果如下表 所示。 時間總是一去不復(fù)返，短短的一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計時間馬上就要接近尾聲了。 這次的畢業(yè)設(shè)計從仿真到實物制作、調(diào)試已經(jīng)符合了本次設(shè)計的要求，實現(xiàn)了低通濾波器的功能，并且能夠在通頻帶 內(nèi)調(diào)節(jié)增益，是一次成功的設(shè)計。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)計要求的吻合。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 表 濾波電路電阻電容表 參數(shù)值 截止頻率 R C RC 計算值 100kHz 10K 160PF ?? 200kHz 10K 80PF ?? 500kHz 10K 30PF ?? 又通帶增益為 AF 為 ~4 可調(diào)，濾波電路采取的是同相輸入，則第一級中通帶增益為1f1f1up RR1R RRA ???? ? ，第二級通過開關(guān)調(diào)節(jié)將運放切換成同相放大器和反相放大器兩種狀態(tài)。 (4)解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值。切貝雪夫濾波器與巴特沃斯濾波器進(jìn)行比較，切貝雪夫濾波器的通帶有波紋，過渡帶輕陡直，因此，在不允許通帶內(nèi)有紋波的情況下，巴特沃斯型更可??；從相頻響應(yīng)來看，巴特沃斯型要優(yōu)于切貝雪夫型， 通過上面二圖比較可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近于直線。它是在運算放大器的基礎(chǔ)上增加一些 電阻 、 電容 等無源元件而構(gòu)成的。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。s day, more ponent parameters are calculated the more detailed, the more difficult the missioning of the circuit. According to the index, the design choose active second order bart wo lowpass filter can achieve the design requirements of the index, adjustable gain through the voltage of follow and reversedphase amplifier to achieve adjustable gain. Key words:Lowpass filter,Butterworth filter,Frequency response 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 III 頁 目 錄 1 引言 ...................................................................................................................................... 1 本課題的研究背景、發(fā)展及意義 ...............................................