模电课程设计语音滤波器的设计

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1、课程设计说明书课程设计名称： 模电课程设计 课程设计题目： 语音滤波器的设计 学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 110423班 学号： 11042333 姓名： 张江 评分： 教师： 程宜凡 2013 年 3 月 12 日24 模拟电路 课程设计任务书20122013 学年第 2学期第 1 周 3 周 题目透明度报警器内容及要求截止频率fH3000Hz,fL=300Hz；电压增益AV=10；阻带衰减速率为-40dB/10倍频程；进度安排第1周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成

2、系统的设计；第3周：检查设计结果、撰写课设报告。学生姓名：徐星星 、张江指导时间：周一、周三、周四下午指导地点：E 楼 311室任务下达2013 年2月25日任务完成2013 年 3 月15日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师程宜凡系（部）主任付崇芳摘要 滤波器在通信测试和控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器应在要求频带通带内具有均匀而稳定的增益而在通带以外具有无穷大的衰减。所以电路可采用一级二阶低通与一级二阶高通滤波电路级联但是由于衰减速率达不到要求，再级联一级二阶带通滤波器，再通过multisim软件进行仿真，测试电路，并通过焊接电路来达到效果。关键字：滤波

3、器 multisim软件 高通、低通滤波器 目录前言5一、滤波器的参数51.1滤波器的传递函数51.2滤波器的频率特性6二、滤波器设计方案82.1设计思路82.2单元电路的设计92.2.1滤波器的传递函数92.2.2滤波器的参数的确定102.3仿真结果14三、 数据处理与总结183.1调试183.2总结：193.3心得体会：19参考文献20附录121芯片LM324的资料21附录222元器件清单22附录323实物对照23 前言滤波器其实就是选频电路，可允许部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号受到较大抑制。信号能通过的频率范围称通频带/通带；受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称阻带；通带和

4、阻带间的分界频率称截止频率。理论上，在通带内电压增益为常数，阻带内的电压增益为零；实际上，通带和阻带间存在一定频率范围的过渡带。 从功能上分，滤波器分为低通、带通、高通、带阻等。功能： 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器；按功能分：低通、高通、带通、带阻；按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器，RC电路中又有压控电压源电路和无限增益多路反馈电路；按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶。 一、滤波器的参数1.1滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来

5、描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。 表2.1.1 二阶RC滤波器的传输函数类型传输函数性能参数低通 电压增益低、高通滤波器的截止角频率带阻塞、带阻滤波器的中心角频率BW带通、带阻滤波器的带宽高通带通带阻1.2滤波器的频率特性 通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。转折

6、频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。Av0.707AvAv （a） (b)fcAv0.707Av (c)图2.2.1 滤波器的幅频特性曲线 （a）高通 （b）带通 （c）低通 二、滤波器设计方案2.1设计思路考虑到实用性，带负载能力要比较强，要满足输入阻抗应足够高，输出阻抗应够小；要满足阻带衰减频率等于或大于40db/10倍频程，由于在理论上，一级二阶滤波电路的衰减频率为40db/10倍频程，在实际做板子时，衰减频率没有达到40d

7、b/10倍频程，所以要考虑到将几个滤波电路级联在一起，提高衰减频率。我们知道，带通滤波电路可以有一个高通和一个低通的滤波电路级联而成，再级联上一个带通的滤波电路，提高衰减频率。电路的增益Av=10，在设计电路时计算好阻值和容值。图2.1.1 带通滤波器设计原理2.2单元电路的设计2.2.1滤波器的传递函数带通滤波器高通滤波器低通滤波器图3.2.1 系统框图由于是要设计一个带通滤波器，那么可以将一级二阶低通滤波器与一级二阶高通滤波器级联。1.二阶低通滤波器的传输函数与性能参数：传输函数为：其中：电压增益，截止角频率，品质因数性能参数如表2.2.1所示：表2.1.1 二阶RC滤波器的传输函数类型传

8、输函数性能参数低通 电压增益低、高通滤波器的截止角频率带阻塞、带阻滤波器的中心角频率BW带通、带阻滤波器的带宽高通带通带阻2.2.2滤波器的参数的确定 1.一级二阶低通滤波器的设计：由表2.2.1得到二阶压控电压源低通滤波器的电路，如图2.2.1所示；图2.2.1 二阶压控电压源低通滤波器电路由得，时，取；从表2.2.1得时，电容；电阻，； 将中得到的电容；电阻，的数据分别带入图2.2.1二阶压控电压源低通滤波器电路中；得到一级截止频率为的二阶低通滤波器，如图2.2.2所示。图2.2.2 截止频率为的二阶低通滤波器2.一级二阶高通滤波器的设计：由表3.2.2得到二阶无限增益多路反馈高通滤波器的

9、电路,2.2.3所示； 图2.2.3 二阶无限增益多路反馈高通滤波器电路由得，时，取；从表3.2.3得时，电容；电阻，；将中得到的电容；电阻，的数据分别带入图3.2.3二阶无限增益多路反馈高通滤波器电路；得到一级截止频率为的二阶高通滤波器，如图1.4所示。 图2.2.4 止频率为的二阶高通滤波器 3.将两级滤波器进行级联，得到所要求设计的截止频率为，增益为的带通滤波器，如图2.2.5所示。图2.2.5 截止频率为，的带通滤波器2.3仿真结果 将所设计出来的原理图放在仿真软件中仿真，仿真软件用Multisim，则，画好的电路图如下：图2.3.1 电路在仿真软件中的电路图 （a） (b) 图2.3

10、.2 仿真波特图输入为100mvpp，频率为300Hz的仿真输出：图2.3.3 300Hz的输出波形图输入为100mvpp，频率为3000Hz的仿真输出：图2.3.4 3000Hz的输出波形图输入为100mvpp，频率为1650Hz的仿真输出：图2.3.5 1650Hz的输出波形图三、 数据处理与总结电压频率320HZ1650HZ3500HZ0.240.240.241.602.401.603.1调试 最终制成电路板，将制好的电路板进行调试，将电源，信号源，示波器接好。调试过程遇到的问题与解决方案：1） 增益问题在实际电路中用的都是电位计来代替，因为在实验室中找不到相对应的组值，所以我们小组采用

11、三个都电位计来代替仿真中的三个电阻，用此三个电位计将阻值分别调到得到的放大倍数。当输入时320HZ时，放大倍数为=6.67，当输入时1650HZ时，放大倍数为=10，恰好当输入时3500HZ时，放大倍数为=6.67，所以得住的结果满足题设要求。2) 中心频率问题由电路的指标fL=300Hz,fH=3000Hz，可知电路的中心频率是1650Hz，在调试板子时，我发现，按照理论值接上电容电阻后，在第一第二级组成的带通电路中，中心频率能过达到要求，但是第三级的带通滤波器的中心频率对整个电路的中心频率影响很大，将电阻调到时的出的放大倍数与课设要求的相符.。3.2总结： 这次设计利用了二阶有源低通滤波电

12、路和一个二阶有源高通滤波电路级联成一个带通电路，又在此基础上级联一个二阶有源带通滤波电路，增加衰减频率。在满足低通带截止频率高于高通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压滤波器的低通和高通起来可以实现带通滤波器的通带响应设计出来的语音滤波器在某种程度上实现了设计要求，截止频率320Hz3500Hz；电压增益基本符合；阻带衰减速率也满足设计要求。3.3心得体会： 通过这次设计语音滤波器，学到很多，这是入学以来第一次从电路的设计到电路板的制作、调试都是自己动手的。从很大程度上提高了我的动手能力，也加强了对专业的认识，更加明白了制作电路板应该注意的事项，也明白理论和实际是不同的两个环节，就比如，设计

13、出来的电路在理论上是可行的，但是实际做出来的板子可能也会没有波形出现，这就需要调试，调试又要从理论上找准修改的元器件的值，所以在这次理论与实践相结合的设计中，收获颇多。参考文献1. 杨晓慧、白雪编著 电子下路学习指导 北京 国防工业出版社 . 2. 吴丙申、卞祖富编著模拟电路基础北京北京理工大学出版社.3. 康华光主编电子技术基础北京高等教育出版社. 附录1芯片LM324的资料 四运算放大器：LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿 的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源 电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、 直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放 大器的场合。 LM324的封装形式为塑封14引线双列直 插式。管脚排列图 附录2元器件清单元件序号型号主要参数数量备注U1 U2LM3241运算放大器R11001电阻R210k1电位器R31 k1电阻R410k1电位器R510k1电位器C147nF1电容C247nF2电容C4,C5,C3470F3电容附录3实物对照 （a）实物图正面 （b）实物图面