濾波器的課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-13 00:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 D 和 DA 轉(zhuǎn)換，可以對模擬信號直接處理， 而且速度和精度都大幅度提高，因此本設(shè)計采用的是開關(guān)電容濾波器進行頻率波形提取。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3． 1系統(tǒng)的總體設(shè)計 對于設(shè)計要求，單一模塊無法完全達到，因此需要多級模塊串聯(lián)工作，分步完成，因此系統(tǒng)總體由三個設(shè)計單元串聯(lián)組，如方框圖 圖 系統(tǒng)總體方框圖 設(shè)計為三個單元串行連接，一級單元的輸出是下一級單元的輸入，對于系統(tǒng)的總體要求由每一塊單元單獨執(zhí)行。其中控制電路單獨對增益進行控制，若濾波同樣采取開關(guān)電容濾波器，則完全可以實現(xiàn)可控濾波的操作，即對濾波器進行編程操作或者以不同的時鐘脈沖輸入濾波器控制截止頻率，但是這需要單片機或者邏輯器件的輔助。最后開關(guān)電容對處理后的波形在此濾波，提取出指定頻率的波形來。 3． 2 系統(tǒng)的單元設(shè)計 低頻濾波器是一個帶通濾波器，設(shè)計要求希望濾波器的響應(yīng)足夠平坦，因此選用巴特沃茲濾波器，使用一個巴特沃茲低通濾波器和一個巴特沃茲高通濾波器串聯(lián)組成巴特沃茲帶通濾波器。對于單一的巴特沃茲低通濾波器，在 2fc 處有較大的衰減，這里設(shè)定為在 2fc 處信號衰減為 30dB，則有濾波器階數(shù)： 低頻濾波 增益放大 頻率波形提取 控制電路 N = A20logΩ 其中 A 為衰減分貝， Ω為在 2fc 處的歸一化頻率?？傻?n=，定階數(shù)為二階。根據(jù)頻域的對稱性原則，巴特沃茲高通濾波器的階數(shù)也為二階，組成的是四階巴特沃茲帶 通濾波器。二階巴特沃茲濾波器電路如圖 ，巴特沃茲濾波器的傳遞函數(shù)為： Aω(s) = Asωωc2s2 +ωcQ s+ωc2 其中 ωc = 1RC 是 濾波器的截止頻率， Asω = 1+ R1R2 是濾波器的放大增益。把品質(zhì)因數(shù)定為 Q=，電容選用 1nF，已知低通濾波器的截止頻率為 5000Hz，則可求出 R1R2 = ，R=，對于集成運算放大器，要求兩輸入端的輸入電阻對稱，故 2R = R1//R2，解得R1 = 172k， R2 = 101k。所得電路如圖 圖 巴特沃茲二階低 通濾波器 圖 設(shè)計得到的電路圖 U 2 AL M 3 2 4 D321141R23 1 .8 4 k ΩC51 n FR33 1 .8 4 k ΩR41 7 2 .4 2 3 k ΩC61 n FR51 0 0 .9 7 1 k ΩV C C5VV E E5 V巴特沃茲二階高通濾波器電路圖如圖 圖 巴特沃茲二階高通濾波器 巴特沃茲二階高通濾波器傳遞函數(shù)為： Aω(s) = Asωωc2s2 +ωcQ s+ωc2 截止頻率 ωc = 1RC 濾波器放大增益 Asω = 1+ R2R1 已知截止頻率為 100Hz，選取電容 為，可得出電阻 R=16k， R2R1 = ， R=R2//R1，可得 R1 = 43k， R2 = ，所得的電路圖如圖 圖 設(shè)計得到的電路圖 將兩個巴特沃茲濾波器串聯(lián)，就可以得到濾波器單元的設(shè)計電路圖。此單元完成信號濾波，使輸出的信號在 100Hz—— 5000Hz之間，高通濾波器和低通濾波器組成帶通濾波器實現(xiàn)設(shè)計要求。 本單元的設(shè)計采用 AD603AQ 芯片，該芯片精密度高，控制精度好，溫度穩(wěn)定性高，U 1 AL M 3 2 4 A M321141R81 5 .9 2 3 k ΩC 1 00 .1 181。 FR91 5 .9 2 3 k ΩC 1 10 .1 181。 FR 1 04 3 .1 1 3 k ΩR 1 12 5 .2 4 8 k ΩV C C5VV E E5 V增益與控制電壓成線性關(guān)系，該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 圖 AD603AQ芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 芯片內(nèi)部由固定放大器和增益可變的精密無源輸入衰減器組成，二者共同決定整個芯片的增益倍數(shù)，加在梯形網(wǎng)絡(luò)輸入端的信號進過衰減后由固定增益放大器輸出，增益的調(diào)整由 Vg 電壓決定，在本設(shè)計中，芯片工作在模式三中，反饋端與輸出端斷路， FDBK對 COMN連接一個 18uF的電容用于擴展頻率響應(yīng)，為高增益模式，增益電壓 Vg 由一個滑動變阻器控制，呈非線性變化。增益倍數(shù)的計算公式為 VG=40Vg+30 dB， Vg 的電壓不超過 1v。根據(jù)設(shè)計要求，此處采用一片 AD603，若是設(shè)計要求的增益倍數(shù)繼續(xù)擴大，可采用兩片或者多片級聯(lián)工作。 根據(jù)設(shè)計要求連接 AD603的外圍電路，如圖 。由于設(shè)計要求放大增益在 40dB—— 7
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