1、模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題 語(yǔ)音濾波器的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子科學(xué)與技術(shù)1201學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 120803039指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：目錄第一章 概述 1.1濾波器的功能和類(lèi)型 1.2濾波器的主要特性指標(biāo)第二章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡谌?方案設(shè)計(jì)與論證 3.1總體分析 3.2方案一 3.3方案二 3.4論證第四章 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 4.1元器件參數(shù)選取 4.2電路圖設(shè)計(jì)第五章 總原理圖及元器件清單 5.1總原理圖 5.2元器件清單第六章 參數(shù)公式第七章 仿真測(cè)試與性能分析第八章 結(jié)論第九章 參考文獻(xiàn)第一章 概述1.1濾波器的功能和類(lèi)型濾波器其實(shí)就是選頻電路，可允許部分頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而另

2、一部分頻率的信號(hào)受到較大抑制。信號(hào)能通過(guò)的頻率范圍稱(chēng)通頻帶/通帶；受到很大衰減或完全被抑制的頻率范圍稱(chēng)阻帶；通帶和阻帶間的分界頻率稱(chēng)截止頻率。理論上，在通帶內(nèi)電壓增益為常數(shù)，阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實(shí)際上，通帶和阻帶間存在一定頻率范圍的過(guò)渡帶。從功能上分，濾波器分為低通、帶通、高通、帶阻等。功能：濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)，具有濾除噪聲和分離各種不同信號(hào)的功能。類(lèi)型：按處理信號(hào)形式分：模擬濾波器和數(shù)字濾波器按功能分：低通、高通、帶通、帶阻按電路組成分：LC無(wú)源、RC無(wú)源、由特殊元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器、RC有源濾波器按傳遞函數(shù)的微分方程階數(shù)分：一階、二階、高階1.2濾波器的主要特性

3、指標(biāo)特征頻率：通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過(guò)渡帶邊界點(diǎn)的頻率，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號(hào)功率衰減到1/2(約3dB)時(shí)的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒(méi)有損耗時(shí)，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。增益與衰耗濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。對(duì)低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時(shí)的增益；高通指w時(shí)的增益；帶通則指中心頻率處的增益。對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的

4、倒數(shù)。通帶增益變化量Kp指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。 阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為w0信號(hào)的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)。阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重要指標(biāo)，Q= w0/w。式中的w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬， w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。 第二章 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握系統(tǒng)各功能模塊的基本原理；2、培養(yǎng)基本掌握電路設(shè)計(jì)的基本思路和方法；3、提高學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的知識(shí)的理解能力；4、提高和掘?qū)W生對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力；5、提高學(xué)生的科技學(xué)做論文能力

5、。第三章 方案設(shè)計(jì)與論證3.1總體分析語(yǔ)音濾波器是屬于有源濾波器，有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R、C等無(wú)源元件而構(gòu)成的，主要由兩部分電路組成，帶通濾波和帶阻濾波，帶通濾波器用來(lái)通過(guò)語(yǔ)音信號(hào)，頻帶為20Hz到20KHz，再經(jīng)過(guò)帶阻濾波器濾去50Hz的工頻干擾信號(hào)，并最終達(dá)到語(yǔ)音濾波的目的。在此，有兩種設(shè)計(jì)方案：一種是壓控電壓源電路設(shè)計(jì)，另一種是用無(wú)限增益多路反饋電路設(shè)計(jì)，下面分別具體介紹兩種方案。3.2方案一：壓控電壓源電路原理有源帶通濾波器（BPF）和帶阻濾波器（BEF）帶通濾波器是由低通RC環(huán)節(jié)和高通RC環(huán)節(jié)組合而成的。要將高通的下限截止頻

6、率設(shè)置的小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。 圖1壓控型二階低通 圖2壓控型二階低通幅頻特性傳遞函數(shù)：=上式中只有當(dāng)Aup（s）小于3時(shí)，即分母中s的一次項(xiàng)系數(shù)大于零，電路才能穩(wěn)定工作，而不產(chǎn)生自激振蕩。若令s=jw,f0=1/2rc,則電壓放大倍數(shù)： 若令Q=，則f=fo時(shí)，有當(dāng)23時(shí)，圖2所示是Q值不同時(shí)的幅頻特性，當(dāng)ffp時(shí)，曲線按-40dB/十倍頻下降。 圖3二階壓控型高通 圖4 二階壓控型高通幅頻特性傳遞函數(shù)：=*（sRC）2通帶放大倍數(shù)：Aup=1+Rf/R1；截止頻率：fp=1/2RC；品質(zhì)因數(shù)：Q=根據(jù)設(shè)計(jì)要求要組成壓控電壓源帶通濾波器，則選擇上圖中的低通濾波器和高通濾

7、波器級(jí)聯(lián)即可。3.3方案二：無(wú)限增益多路反饋電路原理無(wú)限增益多路反饋有源濾波器一般形式要求集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益大于60dB圖5壓控二階高通 圖6無(wú)限增益多路反饋二階高通傳遞函數(shù)：通帶放大倍數(shù)： ；截止頻率：fp=1/2；品質(zhì)因數(shù)： 圖7無(wú)限增益多路反饋二階低通濾波器在圖7中，當(dāng)f=0時(shí)，C1和C2均開(kāi)路，故通帶放大倍數(shù)： Aup=-Rf/R1傳遞函數(shù)：可得：fo=1/2，Q=（R1/R2/Rf）3.4論證壓控電壓源（VCVS）電路，其中運(yùn)放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。無(wú)限增益多路反饋（MFB）電路，有倒相作用，使用元件較少，但增益調(diào)節(jié)對(duì)其性能參數(shù)會(huì)有影響。

8、根據(jù)以上分析，本實(shí)驗(yàn)選擇方案一。第四章 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算4.1元器件參數(shù)選取：要選擇一種集成運(yùn)放，首先要考慮到它的通頻帶是否滿足本設(shè)計(jì)的要求。uA741作為通用運(yùn)放，能滿足要求，部分參數(shù)如下：對(duì)于低通部分：參數(shù)值為R1=5.63K,R2=11.25K,R3= R4=33.76K,由設(shè)計(jì)表上給出的計(jì)算公式得出C=C1=0.01uF（k=100/fc*c），在本設(shè)計(jì)中K=5。對(duì)于高通部分：參數(shù)值為R5=9.105K,R6=6.955K, R7= R8=13.91K，由設(shè)計(jì)表上給出的計(jì)算公式得出C1=C3=0.1uF（k=100/fc*c），在本設(shè)計(jì)中K=5 。4.2電路圖設(shè)計(jì)（1）原理圖如下

9、：二階低通有源濾波電路二階高通有源濾波電路（2）工作原理：利用高通和低通級(jí)聯(lián)來(lái)組成一個(gè)帶通。（3）數(shù)據(jù)處理：輸入電壓為Vo=1v。F(Hz)100150200300400500Vo(v)1.01.42.23.02.93.1f(Hz)60010001500200030005000Vo(v)3.03.13.23.02.01.0由上表數(shù)據(jù)可知該帶通濾波器的通頻帶為200Hz3KHz，與規(guī)定的通頻帶有些出入，只是因?yàn)樵x取、參數(shù)測(cè)試等過(guò)程中產(chǎn)生了誤差。下面進(jìn)行計(jì)算：電壓放大倍數(shù)Au：Au=3，通帶放大倍數(shù)Aup： 因?yàn)锳u=Aup/3-Aup，所以Aup=2.45品質(zhì)因數(shù)Q：Q=1/3-Aup，所以

10、Q=1.8第五章 總原理圖及元器件清單5.1圖三為總原理圖：5.2元器件清單：元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注A1 A2Ua7412運(yùn)算放大器R15.6k1電阻R211 k1電阻R3， R433 k2電阻R59.1 k1電阻R66.8 k1電阻R7,R813 k2電阻C,C10.01F2電容C20.1F2電容第六章 參考公式fH=2000Hz fl=200Hz f=1/T=2/T=2f =1/RC R=1/cAv=A1A2=4K=100/fcC（數(shù)據(jù)主要是查表得來(lái)的）第七章 仿真測(cè)試與性能分析第一仿真測(cè)試失敗，可能數(shù)據(jù)存在一定錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)修改數(shù)據(jù)仍然有小誤差。由于時(shí)間問(wèn)題仿真測(cè)試不再進(jìn)行。本電路從理

11、論上講是可以的。可以抑制低于200赫茲以下和高于2000赫茲以上的頻率。仿真電路圖幅頻：200Hz時(shí)：1000Hz時(shí)2000Hz時(shí)：相頻特性：200Hz1000Hz2000Hz：第八章 結(jié)論我們這次設(shè)計(jì)利用了二階有源高通濾波電路和一個(gè)二階有源低通濾波電路串聯(lián)成所要求的語(yǔ)音濾波電路。在滿足低通帶截止頻率高于高通帶截止頻率的條件下，把相同元件壓控電壓濾波器的低通和高通起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器的通帶響應(yīng)。重要的是本次設(shè)計(jì)法對(duì)要求特性保持一致較寬范圍內(nèi)變化的情況比較適用，但必須使用精度和穩(wěn)定性均較高的元件。設(shè)計(jì)出來(lái)的語(yǔ)音濾波器基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，截止頻率200Hz2000Hz；電壓增益基本符合；阻帶衰減速率也基本上吻合設(shè)計(jì)要求。第九章 參考文獻(xiàn)1、電工電子實(shí)踐指導(dǎo)（第三版），王港元主編，江西