仲恺农业工程学院实验报告纸信息学院（院、系）电子专业103 班组课
实验五滤波器设计及软件实现
1．实验目的
（1）熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；
（2）学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（或滤波器设计分析工具fdatool）设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。
（3）掌握IIR数字滤波器的MATLAB实现方法。
（3）通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。2．实验原理
设计IIR数字滤波器一般采用间接法（脉冲响应不变法和双线性变换法），应用最广泛的是双线性变换法。基本设计过程是：①先将给定的数字滤波器的指标转换成过渡模拟滤波器的指标；②设计过渡模拟滤波器；③将过渡模拟滤波器系统函数转换成数字滤波器的系统函数。MATLAB信号处理工具箱中的各种IIR数字滤波器设计函数都是采用双线性变换法。滤波器设计函数butter、cheby1 、cheby2 和ellip可以分别被调用来直接设计巴特沃斯、切比雪夫1、切比雪夫2和椭圆模拟和数字滤波器。本实验要求读者调用如上函数直接设计IIR数字滤波器。
本实验的数字滤波器的MATLAB实现是指调用MATLAB信号处理工具箱函数filter对给定的输入信号x(n)进行滤波，得到滤波后的输出信号y(n）。
3. 实验内容及步骤
（1）设计信号产生函数mst g，使其产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，该函数还会自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线，如图1所示。
由图可见，三路信号时域混叠无法在时域分离。但频域是分离的，所以可以通过滤波的方法在频域分离，这就是本实验的目的。
分析频谱图，可得
%第1路调幅信号的载波频率fc1=1000Hz,
%第1路调幅信号的调制信号频率fm1=100Hz
%第2路调幅信号的载波频率fc2=
%第2路调幅信号的调制信号频率fm2=
%第3路调幅信号的载波频率fc3=
%第3路调幅信号的调制信号频率fm3=
图1 三路调幅信号st 的时域波形和幅频特性曲线
（2）要求将st 中三路调幅信号分离，通过观察st 的幅频特性曲线，分别确定可以分离st 中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率。要求滤波器的通带最大衰减为0.1dB,阻带最小衰减为60dB 。
提示：抑制载波单频调幅信号的数学表示式为
0001()cos(2)cos(2)[cos(2())cos(2())]2
c c c s t f t f t f f t f f t ππππ==-++ 其中，cos(2)c f t π称为载波，f c 为载波频率，0cos(2)f t π称为单频调制信号，f 0为调制正
弦波信号频率，且满足0c f f >。由上式可见，所谓抑制载波单频调幅信号，就是2个正弦信号相乘，它有2个频率成分：和频0c f f +和差频0c f f -，这2个频率成分关于载波频率f c 对称。所以，1路抑制载波单频调幅信号的频谱图是关于载波频率f c 对称的2根谱线，其
中没有载频成分，故取名为抑制载波单频调幅信号。容易看出，图1中三路调幅信号的载波频率分别为250Hz 、500Hz 、1000Hz 。如果调制信号m(t)具有带限连续频谱，无直流成分，则()()cos(2)c s t m t f t π=就是一般的抑制载波调幅信号。其频谱图是关于载波频率f c 对称
的2个边带（上下边带），在专业课通信原理中称为双边带抑制载波 (DSB-SC) 调幅信号,简称双边带 (DSB) 信号。如果调制信号m(t)有直流成分，则()()cos(2)c s t m t f t π=就是一般的双边带调幅信号。其频谱图是关于载波频率f c 对称的2个边带（上下边带），并包含载
频成分。
（3）编程序调用MATLAB 滤波器设计函数ellipord 和ellip 分别设计这三个椭圆滤波器，并绘图显示其幅频响应特性曲线。
（4）调用滤波器实现函数filter ，用三个滤波器分别对信号产生函数mstg 产生的信号st 进行滤波，分离出st 中的三路不同载波频率的调幅信号y 1(n)、y 2(n)和y 3(n)， 并绘
图显示y1(n)、y2(n)和y3(n)的时域波形，观察分离效果。
参考函数：
[N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs); %调用ellipord 计算椭圆DF 阶数N 和通带截止频率wp
[B,A]=ellip(N,rp,rs,wp); %调用ellip 计算椭圆带通DF 系统函数系数向量B 和A
y3t=filter(B,A,st); %滤波器软件实现
分离混合信号st 中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的指标参数选取如下：
（1）对载波频率为250Hz 的调幅信号，可以用低通滤波器分离，其指标为
通带截止频率280p f =Hz ，通带最大衰减0.1dB p α=dB ；
阻带截止频率450s
f =Hz ，阻带最小衰减60dB s α=dB ， 试分析
（2）对载波频率为500Hz 的调幅信号，可以用带通滤波器分离，其指标为
（3）对载波频率为1000Hz 的调幅信号，可以用高通滤波器分离，其指标为
MATLAB课程设计报告 基于MATLAB GUI的“滤波器设计软件”设计
摘要 面对庞杂繁多的原始信号, 如何提取所需信号、抑制不需要的信号这就需要使用滤波器。滤波器的作用主要是选择所需频带的信号内容而抑制不需要的其他频带的信号内容。数字滤波器因其精度高、可靠性好、灵活性大等优点, 在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像处理等工程实际应用中都很广泛。根据其冲击响应函数的时域特性可将数字滤波器分为IIR（有限长冲击响应）和FIR（无限长冲击响应）。作为强大的计算软件, MATLAB 提供了编写图形用户界面的功能。所谓图形用户界面, 简称为GUI, 是由各种图形对象, 如图形窗口菜单按钮、文本框等构建的用户界面。 MATALB 可以创建图形用户界面GUI ( GraphicalUser Interface) ,它是用户和计算机之间交流的工具。MATLAB 将所有GUl 支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法,随着版本的提高,这种能力还会不断加强。而且具有强大的绘图功能,可以轻松的获得更高质量的曲线图。 关键词：MATLAB GUI IIR滤波器FIR滤波器
目录 1设计任务 (1) 2 MATLAB GUI的简介 (2) 3 滤波器设计原理 (3) 3.1滤波器概述 (3) 3.2 IIR数字滤波器 (4) 3.2.1 IIR数字滤波器设计原理 (4) 3.2.2 IIR滤波器设计思想 (5) 3.2.3 IIR滤波器设计编程实现 (6) 3.3 FIR数字滤波器 (8) 3.3.1 FIR数字滤波器设计原理 (8) 3.3.2 FIR滤波器设计思想 (9) 4 基于Matlab GUI的数字滤波器设计思路及实现 (12) 4. 1 GUI界面设计概述 (12) 4.2 “滤波器设计软件”设计所实现任务 (14) 4.3 基于Matlab GUI的数字滤波器设计实现 (16) 4.3.1 “滤波器设计软件”GUI界面设计 (16) 4.3.2 “滤波器设计软件”回调函数编写 (17) 4.3.3AutoChoose.m程序的编写 (22) 4.4 运行和结果显示 (28) 5 设计总结和心得 (33) 5.1 设计总结 (33) 5.2 设计心得 (34) Abstract (35) 参考文献 (36) 附录
， 2011 ~ 2012学年第二学期 《RC有源滤波器的设计》课程设计报告 题目：RC有源滤波器的设计 专业：自动化 班级： 10自动化（2） 姓名：张乐夏安姚培郑雷 指导教师：江春红 电气工程系 2012年5月25日
1、任务书
摘要 随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。 滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个能够低通、高通、带宽、阻带等多种形式的滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的元件，焊接出具体的实物，并在实验室对事物进行调试，观察效果是否与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。
目录 第一章RC有源滤波器总方案设计 (5) 1.1 方案框图 (5) 1.2 子框图的作用 (5) 1.3 方案选择 (5) 第二章 RC低通有源滤波器的设计 (7) 2.1低通滤波器的电路设计 (7) 2.2低通滤波器的设计原理 (7) 2.3 参数选择 (7) 2.4 仿真 (7) 2.5 小结 (9) 第三章 RC高通有源滤波器的设计 (10) 3．1 高通滤波器的电路设计 (10) 3.2 高通滤波器的设计原理 (10) 3.3 高通滤波器的设计参数 (11) 3.4 仿真...... . (11) 3.5 小结 (12) 第四章 RC带通有源滤波器的设计 (14) 4.1RC有源带通滤波器的设计 (14) 4.2C有源带通滤波器的设计原理.. .............. . (14) 4.3 参数计算 (14) 4.4 仿真 (14) 4.5 小结 (16) 第五章 RC带阻有源滤波器的设计 (18) 5.1 有源带阻滤波电路的设计 (18) 5.2 有源带阻滤波电路的设计原理. (18) 5.3 参数计算 (18) 5.4 仿真 (18) 5.5 小结 (20) 总结与体会 (21) 参考文献 (21) 附录 (22) 答辩记录及评分表 (23)
F i l t e r S o l u t i o n s滤波器 设计教程 The latest revision on November 22, 2020
一、F i l t e r S o l u t i o n s滤波器设计软件中的英文注解 Lowpassnotchfilters:低通陷波滤波器 Order:阶 filtercircuits:滤波电路frequencyresponse:幅频响应Passband:通频带、传输带宽repeatedlycycle：重复周期maximumsignaltonoiseratio：最大信噪比 gainconstants：增益系数，放大常数 circuittopologies：电路拓扑结构gainshortfall：增益不足maximumoutput：最大输出功率laststage：末级precedingstage:前级 stagefilter：分级过滤器GainStage：增益级voltageamplitude：电压振幅Componentvalues:元件值maximumvalued:最大值minimumvalued:最小值standardvalue:标准值 resistors:电阻器 capacitors:电容器operationalamplifiers:运算放大器(OA) circuitboard:(实验用)电路板activefilters:有源滤波器supplycurrents:源电流powersupplies:电源bypassingcapacitors:旁路电容optimal:最佳的;最理想的GainBandwidth:带宽增益passivecomponent:无源元件activecomponent:有源元件overallspread:全局;总范围Componentcharacteristics:组件特性 Modification:修改;更改databook:数据手册 typicalvalues:标准值;典型值defaultvalues:省略补充programexecution:程序执行Resetbutton:复原按钮positivetemperaturecoefficient:正温度系数 variableresistors:可变电阻器cermetresistor:金属陶瓷电阻器outputresistance:输出电阻distortion:失真 singleamplifier:单级放大器voltagefollower:电压输出跟随器troubleshooting:发现并修理故障controlpanel,:控制面板 二、FilterSolutions滤波器设计的基本步骤 １、打开crack的软件后，根据滤波器的设计要求，在filtertype中选择滤波器的类型（Gaussian：高斯滤波器、Bessel：贝塞尔滤波器、butterworth：巴特沃斯；Chebyshev1切比雪夫1；Chebyshev2切比雪夫2；Hourglass：对三角滤波器、Elliptic：椭圆滤波器、Custom：自定义滤波器、RaisedCos：升余弦滤波器、Matche：匹配滤波器、Delay：延迟滤波器）； ２、在filterclass中选择滤波器的种类（低通、高通、带通、带阻）； ３、在filterAttributes中设置滤波器的阶数（Order）、通频带频率（Passband frequency）； ４、在Implementation中选择有源滤波器（active）、无源滤波器（passive）和数字滤波器（Digital）；
广东工业大学课程设计任务书 题目名称有源滤波器设计 学院 专业班级 姓名 学号
摘要 滤波器（filter）是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到的纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。带通滤波器（band-pass filter）是指能通过某一频率范围内的频率分量，能将其他范围分量衰减的设备。一个理想滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉。另外，通带外的转换在技校的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器，因为并不能将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在索要
的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围，这通常被称为滤波器的滚降现象，使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而随着滚降范围越来越小，通常就变得不再平坦-开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应被称为吉布斯现象。 带通滤波器能够广泛应用在电子学和信号处理领域，本文重点介绍了带通滤波器的工作原理以及设计方法，介绍了带通滤波器的工作原理并设计了一个带通滤波电路，并给出了系统的电路设计方法和主要模块的原理分析。由实验结果可知，该滤波器具有良好的滤波效果，并能稳定运行。 关键词：带通滤波器 multisim 设计 目录 前言 (4) 第一章二阶带通滤波器设计的内容和要求 (5) 第二章电路设计 (6) 一、正弦波产生电路设计 (6)
第11章滤波器设计 11.1 滤波器的设计基础 11.1.1 分贝 在介绍滤波器前，有必要介绍一下分贝的相关知识。 首先，两个功率值可以通过下面的公式（11.1.1）进行比较。比值的单位是贝尔（Bel），是电信领域用来表示功率讯号的增益和衰减的单位。 （11.1.1） 1个贝尔的增益是电路中放大后与放大前的功率比值。为了提供一个可以表示小范围的信号功率变化的单位，特别定义 （11.1.2）因而使用分贝来表示两个功率的比值，应为 （11.1.3）如果，则此环节没有作增益或者衰减，dB＝0。如果，则此环节应作了增益，dB>0，分贝值为正。如果，则此环节应作了衰减，dB<0，分贝值为负。 有一个非常典型的分贝值，往往在扬声器中使用这个功率点。如果两个功率仅是增加1倍的话，也就是，则用分贝表示为 简单来说，当增加了 3 分贝，就等于增加 1 倍的功率。人们对于声音强度的反应也是呈现对数形式的，所以在音响制作上，一般都要求做到输出功率增加3 分贝。换句话说，1分贝仅仅勉强可检测到，2分贝则可辨别，当增加3分贝后才能迅速地感觉到声音音量的增大。如果输入功率为，则提高3分贝的话，输出功率应为，如果需要再提高3分贝的话，则输出功率应达到。 同样，也可以使用分贝来表示电压增益。对于纯电阻，功率可以表示为
， 代入式（11.1.3）可得 当时，电压增益可用下式表示为： （11.1.4） 式中用下标v表示为电压增益，与功率增益区分开来。 例11.1.1已知某系统电路的输入信号为，输出电压为，请用分贝表示电压增益的大小。 解 如果直接计算电压增益，则有。 从上面的例题可以看出，用分贝（或说对数方式）计算电压增益可以大大增加其变化的范围，这也是这种表示方法在工程上得到广泛应用的原因之一；另外一个显著的特点就是计算多级放大电路的总增益时，可将乘法化为加法进行运算。这是由对数的性质决定的。 在后续的课程中，分贝的应用非常普遍。比如在数字信号处理课程以及相关的通信领域都涉及分贝。在电子电路和自动控制系统的分析、设计中幅频特性曲线的纵坐标和横坐标常常采用对数标尺，这种采用对数坐标的曲线图称为波特图。在滤波器的设计中需要学会使用波特图分析信号变化。 11.1.2 滤波器的定义与分类 对于特定频率具有选择性的网络就称为滤波器，该网络可以由无源器件（比如R、L、C）和有源器件（晶体管、运算放大器等）构成。在通信系统中，滤波器用来通过包含所需信息的频率信号，同时阻止其它频率的信号通过。在立体声系统中，滤波器用来隔离某些特定的频带，可以通过声音输出设备（比如功放、扬声器）增大或减小重音成分。滤波器也可以用来滤除任何不需要的频率信号，通常我们称为噪音，这是由于元件的非线性特性或受到周围环境的干扰信号引起的。一般来说，滤波器可以分为两类：（1）无源滤波器――电路由R、L、C串联或并联构成； （2）有源滤波器――由有源器件，比如晶体管、运放，结合R、L、C无源器件构成电路网络。
实验五：FIR数字滤波器设计及软件实现 一、实验目的： （1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。 （4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。 二、实验容及步骤： （1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理； （2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示； 图1 具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图 （3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。 （4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。 （4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。 友情提示： ○1MATLAB函数fir1和fftfilt的功能及其调用格式请查阅本课本；
○ 2采样频率Fs=1000Hz ，采样周期T=1/Fs ； ○ 3根据图10.6.1(b)和实验要求，可选择滤波器指标参数：通带截止频率fp=120Hz ，阻带截至频率fs=150Hz ，换算成数字频率，通带截止频率 p 20.24p f ωπ=T =π，通带最大衰为0.1dB ，阻带截至频率s 20.3s f ωπ=T =π，阻带最小衰为60dB 。] ○ 4实验程序框图如图2所示。 图2 实验程序框图 三、实验程序： 1、信号产生函数xtg 程序清单： %xt=xtg(N) 产生一个长度为N,有加性高频噪声的单频调幅信号xt,采样频率Fs=1000Hz %载波频率fc=Fs/10=100Hz,调制正弦波频率f0=fc/10=10Hz. function xt=xtg N=1000;Fs=1000;T=1/Fs;Tp=N*T; t=0:T:(N-1)*T; fc=Fs/10;f0=fc/10; %载波频率fc=Fs/10，单频调制信号频率为f0=Fc/10;
电气工程学院 有源低通滤波器课程设计 设计题目：有源低通滤波器设计 学号： 姓名： 同组人： 指导教师： 设计时间：2012年11月20号 设计地点：电气学院实验中心
姓名学号 课程设计题目：有源低通滤波器设计 课程设计答辩或提问记录： 成绩评定依据： 课程设计预习报告及方案设计情况（30％）： 课程设计考勤情况（15％）： 课程设计调试情况（30％）： 课程设计总结报告与答辩情况（25％）： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年月日
学生姓名：指导教师： 一、课程设计题目： 有源低通滤波器设计 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排 1．时间安排 序号内容学时安排（天） 1 方案论证和系统设计 1 2 完成电路仿真，写预习报告 1 3 电路调试 2 4 写设计总结报告与答辩 1 合计 5 设计调试地点：电气楼410 2．执行要求 课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。
摘要 滤波器用于对信号的频率具有选择性的电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，有源滤波器被广泛用于信息处理、数据传送等电路中。在对二阶有源低通滤波器的原理进行分析的基础上，采用2个2阶低通滤波电路级联的方案，设计了基于巴特沃斯逼近的4阶有源低通滤波器。在Multisim软件中使用虚拟示波器、波特图示仪等设备，对设计的滤波器的交流特性进行仿真，并对仿真结果进行了分析，其交流特性符合理论设计，具有一定的参考价值。 关键词：滤波器，有源低通，巴特沃斯，multisim Abstract Abstract：Filter is the circuit which has a selective for the frequency of signals，its function is to make a specific range offrequency through．Source filter is widely used for information processing and data transmission circuit．Based on the analysis of principle of 2nd Source low passed filter，by using the Scheme of cascading two 2nd source low-passed filter and themethod of examining the table，the 4nd source low-passed filter based on Butterworth is designed．By using the oscilloscopeand Bode plotter in Multisim ，the AC Features of this Filter was Simulated，and the sim ulation results were analyzed，it SAC features met with theory design and has certain reference value． Key words: Source low—passed filter，Butterworth，Multisim
目录 题目 (1) 内容摘要 (1) 设计任务 (1) 设计要求 (1) 方案论证 (2) 电路仿真验证 (5) 实物焊接 (8) 总结 (10) 参考文献 (11) 附录：元件清单 (11)
题目：多功能滤波器设计仿真与实现 内容摘要 为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。通过实践制作一个多功能滤波器，学会合理的利用集成电子器件制作电路基于模拟电路的课程设计与制作。本次设计制作一个多功能有源滤波器，使用四个运算放电器，分别实现低通，带通，带阻，高通滤波电路，实现多功能滤波电路的设计。 设计任务 根据要求，完成具有高通、低通、带通、陷波功能的滤波器电路的仿真设计、装配与调试。 设计要求 ①截止频率可调； ②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 ③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理 并仿真实现系统功能。 ④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 ⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。
方案论证 电路原理图如图。 图一 基本电路分析 由上图所示的电路原理图可得以下各式。 U R R U R R U R R R R R R i 03 3 21 2023 1 2 5 4 5 01 )||1(U --+ += U U SRC 01021 - = U U S R C 02031 - = ???? ??+-=U R R U R R U 026 8037804 由以上各式可以得到A,B,C,D 四个输出端口的电压增益分别为：A 01，A 02，A 03，A 04。 以下各式为电压增益的复频域表示。
数字信号处理实训(论文)说明书 题目：滤波器设计与制作 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2013 年 7 月 7 日
滤波器的作用主要是选择所需频带的信号内容而抑制不需要的其他频带的信号内容。数字滤波器因其精度高、可靠性好、灵活性大等优点,在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像处理等工程实际应用中都很广泛。模拟带通滤波器一般是用电路元件(如电阻、电容、电感)来构成我们所需要的频率特性电路。模拟带通滤波器的原理是通过对电容、电阻和电感参数的配置，使得模拟滤波器对基波呈现很小的阻抗，而对谐波呈现很大的阻抗，这样当负载电流信号通过该模拟带通滤波器的时候就可以把基波信号提取出来。 利用MATLAB设计滤波器,可以按照设计要求非常方便地调整设计参数,极大地减轻了设计的工作量,有利于滤波器设计的最优化。Matlab因其强大的数据处理功能被广泛应用于工程计算,其丰富的工具箱为工程计算提供了便利,利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器,设计简单方便。关键字：滤波器；MATLAB；信号处理
Filter the role of the main is to choose the frequency band of the signal required content and suppress don't need other band signal. Digital filter because of its advantages of high precision, good reliability, flexibility, in speech signal processing, signal spectrum estimation, signal denoising, wireless communication frequency and the number in the image processing and other projects in the practical application is very extensive. Analog bandpass filter is commonly used circuit components (e.g., resistor, capacitor, inductor) frequency characteristics of the circuit to make up our need. Analog bandpass filter principle is based on the capacitance, resistance and inductance parameters configuration, make simulation filter for fundamental wave appears very small impedance, and the harmonic present great impedance, so that when the load current signal through the simulation of the band-pass filter when fundamental wave signals can be extracted. Using the MATLAB design filter, may, in accordance with the design requirements is very convenient to adjust design parameters, and greatly reduce the workload of design, and is beneficial to optimization of filter design. Matlab because of its powerful data processing functions are widely used in engineering calculation, its rich toolkit provides a convenient to engineering calculation, Matlab signal processing toolbox can be used to quickly and efficiently design all kinds of digital filter, the design is simple and convenient. Key words: filter; MATLAB; The signal processing
长沙学院 电子技术 课程设计说明书 题目有源高通滤波器设计系(部) 电子信息与电气工程系专业(班级) 光电2班 姓名 学号2013041216 指导教师 起止日期2015.6.1-2015.6.5
模拟电子技术课程设计任务书
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一、有源高通滤波器的广泛应用 (5) 二、 LM741EN芯片引脚功能及其应用 (5) LM741芯片引脚和工作说明： (5) 三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理 (6) 1.滤波电路 (6) 2.集成运放电路和反馈电路 (6) 3.二阶有源高通电路框架图： (7) 四、有源高通滤波电路的设计 (8) （1）设计方案 (8) （2）元器件参数计算和选择（截止频率的选定） (8) （3）对设计的电路进行仿真调试 (9) ①仿真电路 (9) ②波特图幅频特性 (10) ③波特图相频特性 (10) ④输入波形与输出波形比较（红色为输入波形，蓝色为输出波形） (11) 五、有源高通滤波电路的扩展和改良 (13) 四阶有源高通滤波电路 (13) 利用记录仪观察波形数据 (13) 六、实训总结 (14) 七、参考文献 (14)
一、有源高通滤波器的广泛应用 滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。 二、LM741EN芯片引脚功能及其应用 LM741EN是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。可广泛应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。 LM741EN引脚图 LM741芯片引脚和工作说明： 1和5为偏置(调零端) 2为正向输入端 3为反向输入端 4接地 6为输出 7接电源 8空脚
现代电子学实验报告设计课题：LC滤波器设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：
LC滤波器的设计 一、实验目的 设计和制作LC滤波器 二、实验设备 TDS2000B数字存储示波器 SP3060型数字合成扫频仪 MT 4080 handheld METER 三、实验内容 （一）ADS仿真 1、定k型LPF（例2.6） 设计截止频率为50MHz,且特征阻抗为50Ω的5阶π形定k型LPF。 步骤： 1）归一化LPF的设计数据对截止频率进行变换，待设计滤波器的截止频率与基准滤波器的截止频率的比值M为： M=待设计滤波器截止频率/基准滤波器的截止频率=50MHz/（1/2π）Hz ≈3.1415927×10^6 2）用这个M值去除基准滤波器的所有电感和电容的值，得到的特征阻抗仍为归一化特征阻抗1Ω，而截止频率从归一化截止频率1/(2π)Hz 变成了50Hz的滤波器的各元件参数。 3）接着把特征阻抗从1Ω换成50Ω。为此要求出待设计滤波器特征阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值K。 K=待设计滤波器特征阻抗/基准滤波器特征阻抗=50Ω/1Ω 4）将中间结果滤波器的所有电感值各乘以K，将中间结果滤波器的所有电容值各除以K，即得实验设计结果。 电路图： 衰减和延时：
3、巴特沃斯型LPF（例3.7） 试设计并制作截止频率为1.3GHz且特征阻抗为50Ω的5阶T形巴特沃斯型LPF。 步骤： 以这个归一化LPF为基准滤波器，将截止频率从1/（2π）变换成190MHz，将特征阻抗从1Ω换成50Ω即可得到所要设计的滤波器。 M=待设计滤波器的截止频率/基准滤波器的截止频率=1.3GHz/1/（2π） ≈8.168×10^9 K=待设计滤波器的特征阻抗/基准滤波器的特征阻抗=50Ω/1Ω=50 电路图： 衰减特性和反射损耗：
滤波器设计步骤： 1、确定滤波器阶数n； 2、电路实现形式选择，传递函数的确定； 3、电路中元器件的选择，包括运算放大器的选择、阻容值设置等，最后形成电路原理图； 4、仿真结果（幅频特性图）及优化设计； 5、调试注意事项，确定影响滤波器参数实现的关键元件。 每一种电路按照以上步骤完成设计，本周内完成！
1、有源低通滤波器f c =50kHz 一、最低阶数的选取 主要功能参数为： 1) 带内不平坦度α1=0.5dB 2) 阻带衰减α2≥40dB ，这里取45dB 3) 增益G=10 4) 通带范围50kHz 使用滤波器设计软件，计算得出：若选取巴特沃斯滤波器，最低阶数为n=9；若选取切比雪夫滤波器，得到同样满足要求的切比雪夫滤波器的最低阶数为n=6。由于高阶滤波器电路复杂，造价较高，所以在同样满足技术指标的情况下，选取滤波器的最低阶数，即n=6。 二、电路实现形式选择及传递函数的确定 实现切比雪夫低通滤波器的电路有许多种，这里选择无限增益多端反馈电路（MFB ），见图1。MFB 滤波器是一种常用的反相增益滤波器，它具有稳定好和输出阻抗低等优点。 图1 二阶MFB 低通滤波电路 图2滤波器的级联 如图2所示，电路由三个二阶MFB 低通滤波电路串联实现，在图1所示电路中，当f=0时，C 1和C 2均开路，所以M 点的电压为 1 21R R U U M -= M 点的电流方程 C I I I I ++=321 M I 2 I 3 I 1 I C V 2 V 1 N 4
2 3 22111sC U R U R U U R U U M M M M ++-=- (式1) 其中 M U R sC U 3 121-= (式2) 解式1和式2组成的联立方程，得到每个二阶MFB 低通滤波器的传递函数为 3 2212 321 3211 21 2 1111R R C C s R R R R R sC R R U U +???? ??+++- = 最后得出六阶切比雪夫低通滤波器的传递函数为 ? +???? ??+++- ? +???? ??+++-=6 5432 654 6534 5322123213211 21 4 11111111R R C C s R R R R R sC R R R R C C s R R R R R sC R R U U 9 8652 987 9857 8 1111R R C C s R R R R R sC R R +???? ??+++- 三、电路中元器件的选择 使用滤波器设计软件，计算得出每节电路的阻值容值，如图2所示。 图2 六阶切比雪夫低通滤波器 器件的选择： 选择运放时，应适应满足特定增益的要求和频率范围的运放。并且，为了达到最佳运用，还要考虑运放的上升速率。
目录 1 设计相关知识介绍[1] (1) 1.1 谐波基本概念 (1) 1.2 谐波主要危害 (1) 1.3抑制谐波方法 (1) 2 APF的基本工作原理[2] (2) 3 APF基本组成部分 (5) 3.1 主电路 (5) 3.1.1 P WM控制的基本原理[3] (5) 3.1.2主电路结构 (7) 3.2 指令电流运算部分[4] (8) 3.2.1瞬时无功理论定义 (8) 3.2.2基于瞬时无功理论检测法 (9) 3.3 电流跟踪控制部分[3] (11) 3.3.1电流滞环控制原理 (11) 3.3.2三相电流滞环控制原理 (12) (13) 图3-10 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形 (13) 3.4 驱动电路[5] (13) 4 心得体会 (14) 参考文献 (15)
1 设计相关知识介绍[1] 1.1 谐波基本概念 1882年，法国数学家傅里叶指出，一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此，国际电工标准定义谐波为：谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的H次分量。把谐波次数的H定义为：以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准定义谐波为：谐波为一个周期波或量的正弦波分量，其频率为基波的整数倍。总结二者，目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。 1.2 谐波主要危害 谐波研究与治理对于现代工业生产意义重大，这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率，而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统，谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生振动和噪声，还可以产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至发生故障或烧毁。 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性，而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰，也是谐波的主要危害之一。 谐波污染是电力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效研究。 因此，谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。 1.3抑制谐波方法 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能成倍的增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电能质量受到人们的日益重视。于是各国纷纷出台措施，制定相关标准。目前滤波是治理电网污染的有效方法，滤波就是将信号中特定的波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。它分为无源滤波和有源滤波。(1) 无源滤波
课程设计(论文)说明书 题目：有源高通滤波器 院（系）：电子工程与自动化学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名： 学号： 指导老师： 2011年1月19日
摘要 本课程设计利用巴特沃夫滤波器设计方法设计四阶高通有源滤波器，通过RC电路与NE5532集成运放实现。经过调试，实现课程设计要求。 关键字：高通滤波器，四阶，NE5532，巴特沃夫
目录 引言 (4) 1.设计任务及要求 (4) 2.方案框图 (4) 3.方案论证和选择 (4) 4.原理图设计 (5) 4.1理论分析 (6) 4.2实际电路 (7) 5.元件及参数的选择 (8) 5.1器件的选择 (8) 5.2参数的选择 (9) 6.电路板的制作 (9) 6.1绘制原理图 (9) 6.2制作P C B (10) 7.调试过程 (10) 8. 测试结果与分析 (10) 9.总结与心得 (13) 参考文献 (14)
引言 本课程设计利用RC网络与运放通过巴特沃夫滤波器设计方法设计四阶高通有源滤波器。 1、设计任务及要求 设计一个高通滤波器 要求： 1）截止频率fc=100Hz； 2）增益Av=2； 3）阻带衰减速率大于等于40dB/10倍频程； 4）调整并记录滤波器的性能参数及幅频特性。 2、方案框图 图2.1 RC有源滤波总框图 1）RC网络 在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。 2）放大器 电路中运用了同相输入运放，其闭环增益 RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。 3）反馈网络 将输出信号的一部分或全部通过反馈网络输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。反馈对滤波器的稳定性有至关重要的作用。 3、方案论证和选择 一个理想的滤波器应在要求的通带内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具
低通滤波器电路设计与实现 摘要 滤波器是一种二端口网络。它具有选择频率的特性，即可以让某些频率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦。目前由于在雷达、微波、通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高，所以需用大量的滤波器。再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率响应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。根据指标，本次设计选用有源二阶巴特沃斯低通滤波器可达到本次设计要求的指标，可调增益部分通过电压跟随器和反相放大器来实现可调增益。 关键词：低通滤波器，巴特沃斯滤波器，频率响应
Low-pass filter circuit design and Achieve Author: Shang Shiwei Tutor: Song Jiayou Abstract Filter is a kind of two-port network. It has the characteristics of frequency choice, that can make some frequency pass, but to other frequency is to stop, because now in radar, microwave, communication, and other departments, more work frequency is becoming more and more common, the requirements of the frequency of space also increase; So need a lot of filter. Moreover, the application of microwave solid device for the development of the filter can boost, as parameters amplifiers, microwave solid times frequency device, microwave solid mixers, kind of device is working frequency, need corresponding filter. Low pass filter is a through the low frequency signal and attenuation or inhibit the high frequency signal components. Ideal filter circuit frequency response in bandpass should have certain amplitude and linear phase shift, and in which the amplitude with inner resistance should be zero. Active filter is to point to by amplifying circuit and network structure of RC filter circuit, it is actually a particular frequency response of the amplifier. The order number of filter, the higher amplitude frequency characteristics of the attenuation rate faster, but RC network's day, more component parameters are calculated the more detailed, the more difficult the commissioning of the circuit. According to the index, the design choose active second order bart wo low-pass filter can achieve the design requirements of the index, adjustable gain through the voltage of follow and reversed-phase amplifier to achieve adjustable gain. Key words:Low-pass filter,Butterworth filter,Frequency response