滤波器的设计与实现信号与系统课程设计.docVIP

信号与系统 课程设计报告 设计题目：滤波器的设计与实现 学 院： 班 级： 姓 名： 学 号： 2012年8月 设计简介 通过利用在《电路理论》、《电子技术基础·模拟部分》和《信号与系统》中所学的知识，并参考相关书籍，设计了一阶无源高通滤波器、一阶有源高通滤波器、二阶有源高通滤波器、一阶无源低通滤波器、一阶有源低通滤波器、二阶有源低通滤波器、二阶无源带通滤波器和二阶有源带通滤波器，并且利用Multism进行仿真。 设计要求 完成电路设计； 学习用计算机画电路图； 学会利用Matlab或PSpice或其它软件仿真。 设计内容 滤波器概述 滤波器是对输入信号频率具有选择性的电路或装置，广泛应用于电气、电信和控制等领域。 滤波器根据其处理信号的方式，分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器利用模拟电路直接对模拟信号进行滤波，数字滤波器利用离散时间系统对数字信号进行滤波，可以用硬件或软件实现。 根据滤波器所用电路元件的不同，模拟滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器。 根据所通过信号的频段，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 各自的幅频响应曲线如下： 图1 低通滤波器幅频曲线 图2 高通滤波器幅频曲线 图3 带阻滤波器幅频曲线 图4 带通滤波器幅频曲线 通带：能够通过的信号频率范围； 阻带：受阻或衰减的信号频率范围； 截止频率：通带和阻带的界限频率。 将带通的幅频响应与高通、低通的幅频响应进行比较，可以看出低通与高通相串联可以构成带通，条件是低通的截止角频率大于高通的截止角频率，两者覆盖的通带就提供了一个通带响应低通与高通相联低通的截止角频率于高通的截止角频率 滤波器的设计与分析及仿真结果 一阶无源高通滤波器 传递函数： 下限截止频率： 幅频响应： 相频响应： 利用Multism进行仿真，设置交流分析的的起始频率为1Hz，终止频率为10kHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 一阶有源高通滤波器 通带电压增益： 特征角频率： 传递函数： 上式中的s可用s=jω代入，则： 利用Multism进行仿真，设置交流分析的的起始频率为0.1Hz，终止频率为20MHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 二阶有源高通滤波器 通带电压增益： 特征角频率： 等效品质因数： 传递函数： 用s=jω代入上式，可得： 幅频响应： 相频响应： 不同Q值下的幅频响应如下图所示： 由图可知，Q=0.707时，幅频响应较为平坦。在所设计的电路图中，，Q=1。 利用Multism进行仿真，设置交流分析的的起始频率为1Hz，终止频率为1MHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 一阶无源低通滤波器 传递函数： 上限截止频率： 幅频响应： 相频响应： 利用Multism进行仿真，设置交流分析的起始频率为1Hz，终止频率为100GHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 一阶有源低通滤波器 通带电压增益： 特征角频率： 传递函数： 上式中的s可用s=jω代入，则： 利用Multism进行仿真，设置交流分析的起始频率为1Hz，终止频率为100GHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 二阶有源低通滤波器 通带电压增益： 特征角频率： 等效品质因数： 传递函数： 用s=jω代入上式，可得： 幅频响应： 相频响应： 下图是不同Q值下的幅频响应： 由图可知，二阶通滤波电路和通滤波电路的幅频特性具有对偶（镜像）关系，Q=0.703，接近于0.707，故此电路图的幅频特性曲线应较为平坦。 利用Multism进行仿真，设置交流分析的起始频率为1Hz，终止频率为20kHz，扫描方式为Dacade（十倍程扫描），每十倍频率的样点数量为10，纵坐标的刻度为Logarithmic（对数），仿真结果如下： 无源带通滤波器 谐振频率（中心频率）： 品质因数： 传递函数： 将代入上式，得： 半功率频率： 通频带： 利用Multism