【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波損耗兩個(gè)參數(shù),優(yōu)化設(shè)計(jì)濾波器仿真提供了一部分理論基礎(chǔ)。 第三章 worhbench設(shè)計(jì)與仿真 workbench軟件介紹Electronic Workbench是一種電子電路仿真的軟件，能夠演示各種電路工作狀態(tài)，模擬各種各樣電路以及縮放其顯示出來的波形。目前Electronic Workbench已經(jīng)是一種經(jīng)典靈巧，比較好用而且能夠準(zhǔn)確描述電路波形的模擬數(shù)字電路仿真軟件。Electronic Workbench包括：函數(shù)發(fā)生器,示波器、數(shù)字萬用表、光譜儀、…首先設(shè)計(jì)好電路,連接好電路和儀器,設(shè)定好所有儀器的參數(shù)設(shè)置,調(diào)整電源電壓,開關(guān)電源。它能夠演示各種電路工作的狀態(tài),能夠模擬各種電子電路,能夠放大顯示的波形,能夠仿真數(shù)字電路,模擬電路和數(shù)字電路(線性)與模擬(線性)電路的工作點(diǎn),例如波形、頻率、周期、有效值,等等。 模擬帶通濾波器設(shè)計(jì) 1．了解有源濾波器和無源濾波器的設(shè)計(jì)方式以及內(nèi)容過程。 2嫻熟的掌握仿真軟件(工作臺(tái)或電路仿真)電路設(shè)計(jì)以及運(yùn)行仿真結(jié)果。 3設(shè)計(jì)電路仿真和微波組件來構(gòu)建相應(yīng)的電路。 4結(jié)合目前已有的儀器和儀表對(duì)系統(tǒng)調(diào)試。 5．掌握理論聯(lián)系實(shí)踐的方法。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，是有源二階，并且最高截止頻率為2KHz，通帶電壓放大倍數(shù)為2，當(dāng)頻率為10KHz時(shí)，幅度衰減量高于30分貝。 濾波器是一種用于使不同的頻率信號(hào)進(jìn)行分離的組件。濾波器的關(guān)鍵作用是為了抑制不需要的信號(hào),讓其無法通過濾波器,只讓需要的信號(hào)通過。事實(shí)上許多微波組件都有特定的頻率特性,可以使用濾波器的理論進(jìn)行分析。源于集中參數(shù)濾波器理論相對(duì)健全,因此,雖然微波濾波器在很多方面都有自己的特點(diǎn),但是在一定的頻率范圍內(nèi),分析微波濾波器的特點(diǎn),可以使用相應(yīng)的集總等效電路進(jìn)行了分析。因此,對(duì)于很大部分的微波濾波器,能夠采用集總參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)原則以及處理方式，再根據(jù)得到的分析結(jié)果，在具體的微波結(jié)構(gòu)形式中充分顯現(xiàn)?，F(xiàn)在用單端口，雙端口網(wǎng)絡(luò)的理論知識(shí)進(jìn)行微波濾波器的設(shè)計(jì)，開發(fā)。由于在設(shè)計(jì)模擬電路時(shí)，需要對(duì)高頻信號(hào)在特定的頻率或頻段內(nèi)的頻率分量做放大或衰減的處理，因此必須研究如何實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的濾波。 有源濾波器的設(shè)計(jì) 有源濾波器的設(shè)計(jì),它是依據(jù)給定指標(biāo)的要求,確定濾波器的階數(shù)n,選擇相應(yīng)具體的電路形式,計(jì)算電路中每個(gè)元素的具體數(shù)值,對(duì)電路進(jìn)行安裝以及調(diào)試,使濾波器滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求,具體內(nèi)容下示：（1）確定濾波器的階數(shù)，主要是由阻帶衰減速率要求來作為確定依據(jù)。（2）選擇具體的電路形式。（3）建立一個(gè)系數(shù)方程，利用電路的傳遞函數(shù)以及歸一化分母多項(xiàng)式濾波器的傳遞函數(shù)。（4）對(duì)方程組進(jìn)行求解，求出電路中各個(gè)元件的數(shù)值。（5）對(duì)電路進(jìn)行安裝以及調(diào)試,確保電路性能達(dá)到要求的指標(biāo)。 我們選擇巴特沃斯濾波器電路。因?yàn)檫@種濾波器的衰減曲線不存在波紋，其特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線呈最大限度平坦，起伏微乎其微，卻在阻頻帶逐漸降低，直至變成零。由于要求30 分貝/八度,選取二階有源低通濾波器電路,其中n = 2。有源二階low pass filter的電路如圖（）所示,壓控電壓源二階濾波電路的特點(diǎn)是:運(yùn)算放大器是同相連接的方式,使濾波器為高輸入阻抗、輸出阻抗很低,濾波器等效為電壓源,它的優(yōu)勢(shì)是電路性能穩(wěn)定,增益只需要簡(jiǎn)單的調(diào)整。 圖（） 在集成運(yùn)算放大器輸出之間的集成運(yùn)放同相輸入之中接入一個(gè)負(fù)面的反饋,處于不同的頻段,其反饋的極性也是不一樣的,當(dāng)信號(hào)頻率f fc截止頻率(fc),每級(jí)RC電路的移相 90度,兩個(gè)級(jí)別的RC電路的相移 180度,電路的輸出電壓和輸入電壓反相,所以通過電容C引到集成運(yùn)算放大器同相位的端口的反饋是負(fù)面的反饋,反饋信號(hào)會(huì)減弱輸入信號(hào)的作用,減少電壓放大倍數(shù),所以反饋將使二階有源低通濾波器快速衰減振幅高頻率端的頻率特征,只讓低頻信號(hào)通過。巴特沃斯低通濾波器的性能參數(shù)公式是: 公式中是通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，Q是品質(zhì)因子，是截止角頻率。 電路元器件值表 ?截止頻率=2Khz，C=。?增益=2，=C=。?為了得到相對(duì)應(yīng) 的電阻值，需要求出k值，由k值與相應(yīng)的相乘求得R；而K=100/（*C）.我們?nèi)=5，由公式?及電路元器件值表中Av=2得R1=*5=，；R2=*5=，取R1為11kΩ；R3=R4=，取33kΩ。將其代到設(shè)計(jì)值，則可以得到相應(yīng)的電路圖，如圖（）所示： 圖（） 低通filter實(shí)驗(yàn)的電路圖 741高增益運(yùn)算放大器741芯片是增益運(yùn)算放大器，往往在軍工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，,例如單片硅集成電路可以提供輸出短路保護(hù)以及閉鎖自由操作。其中： 第2管腳是負(fù)輸入端；第3管腳是同相位端口中的輸入端；第4管腳是負(fù)直流源輸入端，第7管腳是正直流源輸入端；第6管腳為輸出端；第8管腳是懸空端；第1和第5管腳則是為了提高運(yùn)算中的精度。在操作之前,應(yīng)該首先把直流輸出電位調(diào)零,確保在輸入為零的時(shí)候,輸出是零,當(dāng)運(yùn)算放大器輸入外部有零終端接入時(shí),可以按照需求的組件連接調(diào)零電位計(jì)R3，在調(diào)整為零,將輸入端接地，電位器R3接入調(diào)零端,輸出電壓與直流電壓表測(cè)量Uo,仔細(xì)調(diào)整電位器,讓Uo變?yōu)榱?失調(diào)電壓為0)。 ： 圖（） 有源低通filter仿真電路 在仿真軟件workbench對(duì)其電路進(jìn)行仿真工作后，得出濾波器的頻域特性曲線，可以得到最后的仿真結(jié)果，如下圖（）所示： 圖（）從圖（）中可以看出，該設(shè)計(jì)所需要的仿真效果大致達(dá)到。 第四章 微帶濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 微帶線作為最廣泛應(yīng)用于微波傳輸線的集成電路。它可以印刷在非常薄的介質(zhì)襯底,它的橫截面積大小與波導(dǎo)相比,同軸電纜要小很多。與其它波導(dǎo)相比,同軸電纜組件,大大減少體積,重量,大大簡(jiǎn)化了電路的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。它是一種準(zhǔn)TEM波傳輸線,計(jì)算更為復(fù)雜,但結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。由于它是方便安裝以及調(diào)試、電路過渡程度高,所以是選擇射頻|微波電路的設(shè)計(jì)的首要選擇。微帶結(jié)構(gòu)主要用于做低阻抗傳輸線，為了保證信號(hào)傳輸時(shí)的低功率損耗，低遲延，在選擇基板材料時(shí)，需要選擇介電常數(shù)合適的，另外介質(zhì)損耗角的正切需要比較小，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格尺寸計(jì)算和加工。微帶線的空氣介質(zhì),是雙導(dǎo)體系統(tǒng),并且導(dǎo)體周圍存在統(tǒng)一的空氣,所以它可以無色散三TEM模式存在。但事實(shí)上介質(zhì)基片微帶線生產(chǎn),盡管它仍然是雙導(dǎo)體系統(tǒng),卻源于空氣介質(zhì)和介質(zhì)