有源低通滤波器计算
利用R、L、C所组成的滤波电路称作无源滤波器，它有很多的缺点。其中的电感L本身具有电阻与电容，使得输出结果会偏离理想值，而且会消耗电能。若只利用R、C再附加放大器则形成主动滤波器，它有很多的优点，例如：不使用电感使得输出值趋近理想值；在带通范围能提高增益，减少损失；用放大器隔离输出、入端，使之可以使用多级串联。
1、一阶低通滤波器（一节RC网路）
截止频率:
频率低于时→电压增益
频率高于时→衰减斜率：每10倍频率20dB
图1电路组成图2响应曲线
所谓低通滤波器(LPS：low pass filter)是允许低频讯号通过，而不允许高频讯号通过的滤波器。图3所示是RC低通滤波电路，其电压回路公式：
其增益
可得实际增益为
增益值是频率的函数，在低频区ω极小，RωC<<1，A
V
(ω)=1讯号可通；在高频区ω极大，RωC>>1，A V(ω)=0信号不通。RωC=1时是通与不通的临界点，此时的频率定义为截止频率：
。图4所示RC低通滤波电路的增益随频率的变化是缓慢的，故其不是一个好的滤波电路。图5所示是低通有源滤波器，它的增益显示在图6。低通有源滤波器在低频区的增益为：
V O/V I=(R1+R2)/R2
其推导如下：在低频区RC串联之电位降都在电容，故V
in
=V C=Vp。见图5，因负回馈，电路在线性
工作区，于是我们有关系式：，可知电容C之电位降与电阻R
2
之电位降相同，又流过R
1与R
2
之电流相同均为I，故得到
在高频区RC串联之电位降都在电阻，故V
C
=V p=0。因负回馈，电路在线性工作区，于是有关系式：
，得到R2之电位降为0，I=0，V
=0。
图3RC低通无源滤波电路
图4RC低通滤波电路之输出讯号振幅与频率的关系
RC
网路）
图5
低通有源滤波器
图6
低通主动滤波器增益
图7理想的低通滤波器增益
响应曲线
截止频率
时→电压增益
频率高于F
L
频率低于F
时→增加斜率：每10倍频率20dB
L
波的基本概念。
滤波是信号处理中的一个重要概念。滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。
实际上，任何一个电子系统都具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。
用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。
当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器。
当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器。
理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。理想滤波器的幅频特性如图所示。图中，w1和w2叫做滤波器的截止频率。
滤波器频率响应特性的幅频特性图
对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围叫做通频带，简称通带，增益幅度为零的频率范围叫做阻带。例如对于LP，从-w1当w1之间，叫做LP的通带，其他频率部分叫做阻带。通带所表示的是能够通过滤波器而不会产生衰减的信号频率成分，阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。通带内信号所获得的增益，叫做通带增益，阻带中信号所得到的衰减，叫做阻带衰减。在工程实际中，一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。
低通滤波器
低通滤波器的基本电路特点是，只允许低于截止频率的信号通过。
（1）一阶低通Butterworth滤波电路
下图a和b是用运算放大器设计的两种一阶Butterworth滤波电路的电路。图a是反相输入一阶低通滤波器，实际上就是一个积分电路，其分析方法与一阶积分电路相同。
滤波电路演示
图b是同相输入的一阶低通滤波器。根据给定的电路图可以得到
对滤波器来说，更关心的是正弦稳态是的行为特性，利用拉氏变换与富氏变换的关系，有
下图是上式RC=2时的幅频特性和相频特性波特图。
时一阶Butterworth低通滤波器的频率响应特性
（2）二阶低通Butterworth滤波电路
下图是用运算放大器设计的二阶低通Butterworth滤波电路。
二阶Butterworth低通滤波电路
直接采用频域分析方法得到
其中k=1+R1/R2。令Q=1/（3-k），w0=1/RC，则可以写成
其中k相当于同相放大器的电压放大倍数，叫做滤波器的通带增益，Q叫做品质因数，w0叫做特征角频率。
下图是二阶低通滤波器在RC=2时的波特图，其中图a是Q>0.707时的效果，图b 是Q=0.707时的效果，图c是Q<0.707时的效果。
Q>0.707
(b)Q=0.707
(c)Q<0.707
二阶低通滤波器在RC=2时的波特图
从图中可以看出，当Q>0.707或Q<0.707时，通带边沿处会出现比较大的不平坦现象。因此，品质因数表明了滤波器通带的状态。一般要求Q=0.707。
由此可以得到
这就是二阶Butterworth滤波器电压增益得计算0.707公式。令Q=0.707，得
0.414R2=0.707R1
通常把最大增益倍所对应的信号频率叫做截止频率，这时滤波器具有3dB的衰减。利用滤波器幅频特性的概念，可以得到截止频率w0=w=1/RC，即
f=1/2pRC
Butterworth高通滤波器电路的理想物理模型。
直接采用频域分析方法，并令k=1+R1/R2，Q=1/（3-k），w0=1/RC，则可以得到二阶Butterworth高通滤波电路的传递函数为
二阶Butterworth高通滤波电路演示
高通滤波器
考虑正弦稳态条件下，s=jw，得
BButterworth高通滤波器在频率响应特性与低通滤波器相似，当Q>0.707或Q<0.707时，通带边沿处会出现不平坦现象。有关根据品质因数Q计算电路电阻参数R1和R2的方法与二阶低通滤波器的计算相同。
同样，利用滤波器幅频特性的概念，可以得到截止频率w0=w=1/RC，即f
=1/2pRC
有源带通滤波器设计报告 学生姓名崔新科 同组者王霞吴红娟 指导老师王全州
摘要 该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB 以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim 仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。其主要设计内容： 1．确定有源滤波器的上、下限频率； 2．设计符合条件的有源带通滤波器；- 3．测量设计的有源滤波器的幅频特性； 4．制作与调试； 5. 总结遇到的问题和解决的方法。 关键词：四阶电路有源带通滤波器极点频率 The use of analog circuit design knowledge, on-line and set the lower limit frequency, the use of open-loop gain of 80dB or more integrated operational amplifier designed to meet the requirements of the bandpass filter. Re-use Multisim circuit simulation waveform and filter out the measurement of amplitude-frequency characteristics. Finished debugging the simulation and design of active filters that can basically meet the required targets. The main design elements: 1. Determine the active filter, the lower limit frequency; 2. Designed to meet the requirements of the active band-pass filter; - 3. Designed to measure the amplitude-frequency characteristics of active filters; 4. Production and commissioning; 5 summarizes the problems and solutions. Keywords: fourth-order active band-pass filter circuit pole frequency
昆明理工大学课程设计说明书 课题名称：巴特沃斯有源高通滤波器的设计专业名称：电子信息工程 学生班级：09级电信三班 学生姓名：周剑彪 学生学号：200911513339 指导老师：王庆平 设计时间：2011年6月23日
第一部分：题目分析及设计思路 (一)、滤波器简介 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。 滤波器按照所处理的信号，可以分为：模拟滤波器和数字滤波器；按照信号的频段，可以分为：低通、高通、带通和带阻滤波器四种；按照所采用的原件，也可以分为：无源滤波器和有源滤波器。用来说明滤波器性能的技术指标主要有：中心频率f0，即工作频带的中心；带宽BW；通带衰减，即通带内的最大衰减阻带衰减等。 (二)巴特沃斯滤波器简介 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬〃巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930 年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。一级至五级巴特沃斯低通滤波器的响应如下图所示：
巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。 (三)、巴特沃斯有源高通滤波器优化设计 设计目的 掌握滤波器的基本概念； 掌握滤波器传递函数的描述方法； 掌握巴特沃斯滤波器的设计方法； 设计一个巴特沃斯滤波器，其技术指标为： （1）阻带截止频率： fc = 1kHz ； （2）通带放大倍数：Aup =2； （3）品质因素：Q = 1； （4）阻带最小衰减率：-25dB。 设计要求： （1）确定传递函数； （2）给出电路结构和元件参数；（运算放大器可以选择） （3）利用PSPICE 软件对电路进行仿真，得到滤波器的幅频响应，是否满足设计指标；
实验三滤波器设计 一、实验目的： 1、熟悉Labview的软件操作环境； 2、了解VI设计的方法和步骤，学会简单的虚拟仪器的设计； 3、熟悉创建、调试VI； 4、利用Labview制作一个滤波器，实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并调节截止频率实现滤波效果。 二、实验要求： 1、可正弦实现低通、高通、带通、带阻等基本滤波功能，并图形显示滤波前后波形； 2、可调节每种滤波器的上限截止频率或者下限截止频率； 3、给出每种滤波器的幅频特性； 三、设计原理: 1、利用LABVIEW中的数字IIR、FIR数字滤波器实现数字滤波功能，参数可调；
2、将两路不同频率的信号先叠加，然后通过滤波，将一路信号滤除，而保留有用信号，Hz f Hz f 100,2021==； 3、叠加即将两个信号相加，用到一个数学公式； 4、信号进入case 结构，结构中有两路分支，每路分支均有一个滤波模块，其中一个为IIR 滤波器，另一个为FIR 滤波器，通过按钮可选择IIR 或是FIR.每个滤波模块都可通过外部按钮对其参数进行调整，各个过程的波形都用波形图显示出来； 5、将IIR 、FIR 滤波器的“滤波信息”接线端用控件按名称解除捆绑接入波形图，观察波形的幅度和相位； 6、用一个while 循环实现不重新启动既可以改参数。 四、设计流程： 1、前面板的设计：
2、程序框图的设计： 五、实验结果： 1、低通滤波功能：将100Hz的信号滤除，保留20Hz的信号 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为25Hz。
用FIR滤波器，拓扑类型选择Windowed FIR，将最低通带设置为50。 用IIR巴特沃斯滤波器，将低截止频率设置为90Hz。
目录 1.题目.......................................................................................... .2 2.要求 (2) 3.设计原理 (2) 3.1 数字滤波器基本概念 (2) 3.2 数字滤波器工作原理 (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法 (4) 3.5实验所用MA TLAB函数说明 (5) 4.设计思路 (6) 5、实验内容 (6) 5.1实验程序 (6) 5.2实验结果分析 (10) 6.心得体会 (10) 7.参考文献 (10)
一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ ，通带最大衰减为0.5HZ ，阻带最小衰减为10HZ ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ 。用此信号验证滤波器设计的正确性。 三、设计原理 1、数字滤波器的基本概念 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序，因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是的形式和实现滤波方法不同。正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。如果要处理的是模拟信号，可通过A\DC 和D\AC,在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。 2、数字滤波器的工作原理 数字滤波器是一个离散时间系统，输入x(n)是一个时间序列，输出y(n)也是一个时间序列。如数字滤波器的系统函数为H(Z),其脉冲响应为h(n),则在时间域内存在下列关系 y(n)=x(n) h(n) 在Z 域内，输入输出存在下列关系 Y(Z)=H(Z)X(Z) 式中，X(Z),Y(Z)分别为输入x(n)和输出y(n)的Z 变换。 同样在频率域内，输入和输出存在下列关系 Y(jw)=X(jw)H(jw) 式中，H(jw)为数字滤波器的频率特性，X(jw)和Y(jw)分别为x(n)和y(n)的频谱。w 为数字角频率，单位rad 。通常设计H(jw)在某些频段的响应值为1，在某些频段的响应为0.X(jw)和H(jw)的乘积在频率响应为1的那些频段的值仍为X(jw)，即在这些频段的振幅可以无阻碍地通过滤波器，这些频带为通带。X(jw)和H(jw)的乘积在频段响应为0的那些频段的值不管X(jw)大小如何均为零，即在这些频段里的振幅不能通过滤波器，这些频带称为阻带。 一个合适的数字滤波器系统函数H(Z)可以根据需要输入x(n)的频率特性，经数字滤波器处理后的信号y(n)保留信号x(n)中的有用频率成分，去除无用频率成分。 3、巴特沃斯滤波器设计原理 （1）基本性质 巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。 巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示1 () ΩΩ+ =Ωc N /22 a 11 ) (j H
信息与电气工程学院 电子电路仿真及设计CDIO三级项目 设计说明书 （2013/2014学年第二学期） 题目：高通滤波器系统仿真及设计 专业班级：通信工程班
目录 第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真 --------------------------2第二章高通滤波器---------------------------------------------------6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真，仿真结果，实物图，实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14
模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计 专业班级：电信本 学生姓名： 学号：69 指导教师： 设计时间：1月3日
题目:二阶高通滤波器的设计 一、设计任务与要求 ① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； ② 截止频率f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2； ④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 二、方案设计与论证 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路 与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3 4 1R R Aup + = Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率： RC f π210=
前言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅仅要将理论只是学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。 对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过，而且其电路性能稳定，增益容易调节。利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。例如：无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的低通滤波器，当另外一个房间中播放音乐时，很容易听到音乐的低音，但是高音部分大部分被过滤掉。 我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。
第一章设计任务 1.1二阶低通滤波器题目要求 a)设计截止频率f=2kHz的滤波器 b)输出增益Av=2 c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法
目录 一、设计项目----------------------------------------------------------------------------------------2 FIR滤波器设计 二、设计目的-----------------------------------------------------------------------------------------2 三、设计任务----------------------------------------------------------------------------------------2 任务简介 四、设计原理----------------------------------------------------------------------------------------3（1）FIR的原理和参数生成公式 （2）用MATLAB计算滤波系数 （3）程序的自编函数及其功能 五、设计方案----------------------------------------------------------------------------------------5 六、设计代码及相关截图---------------------------------------------------------------------------6 七、设计结果----------------------------------------------------------------------------------------9 八、设计结论--------------------------------------------------------------------------------------11 九、设计心得-----------------------------------------------------------------------------------------11
巴特沃斯滤波器的分析与实现 巴特沃斯滤波器网上没有提供现成的电路和具体参数，此处本文给出几种类型的巴特沃斯滤波器，并给出了参数计算分析。 1、巴特沃斯低通滤波器的定义： 巴特沃斯低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示: 其中, n = 滤波器的阶数 ωc =截止频率=振幅下降为-3分贝时的频率 ωp = 通频带边缘频率 1/(1 + ε2) = |H(ω)|2在通频带边缘的数值. 2、巴特沃斯滤波器的实现 2.1 一些常见资料的滤波器的错误 有些资料上给出的二阶巴特沃斯滤波器电路图为： 图中红线部分为放大电路，其实滤波器为2阶RC滤波器。其传递函数为： H（s）= 1 1+s(R1C1+R1C2+R2C2)+s2R1R2C1C2 下面证明此滤波器不可能为二阶巴特沃斯滤波器：滤波器幅频传递函数为： |H(jw)|=| 1 1+jw(R1C1+R1C2+R2C2)?w2R1C1R2C2 | = 1 1+w4(R1R2C1C2)2+w2((R1C1+R1C2+R2C2)2?2R1R2C1C2) 若滤波器是巴特沃斯滤波器，则((R1C1+R1C2+R2C2)2?2R1R2C1C2要为0 。因为(R1C1+R1C2+R2C2)2?2R1R2C1C2始终大于零（R1R2C1C2不取零值，C1或C2为零时为1阶RC滤波器，此时为巴特沃斯滤波器），所以不论R1R2C1C2取何值，都不是二阶巴特沃斯滤波器 2.2 二阶巴特沃斯滤波器的实现方法 本文列举了2种2阶巴特沃斯滤波器的实现方法，并给出了滤波器是巴特沃斯滤波器的参数。以下详述： 方法1：RC压控电压源滤波器 传递函数为：
二阶低通滤波器 为了改进一阶低通滤波器的频率特性，可采用二阶低通滤波器。一个二阶低通滤波器包含两个 如图所示为二阶低通滤波器的一般电路。此一般电路对于二阶高通滤波器也同样适用。 图6—2-3所示的滤波器是同相 放大器。在图6-2-3中，零频增益为 気=!诗 (6-2-5) 在节点A 可得 气打=叫(龄 + 耳 + FJ -u v Y 3-u n Y 2 (6?24) 在节点B 可得 将式（6-2-8 ）代人式（6-2-6），转变到复频域，可得一般二阶低通滤波器的传递函数为 r ----- c o RC 支路, (6-2-7) (6 2 呂)
L ； Y R R A T G(J ) R K C 仆 3厲 (&29) 对于上图所示的二阶低通滤波器，其传递函数为 在构成二阶低通滤波器时，只需选择巧，殇，蚝， ％。导纳的值即可。例如，当选择 丫1 = 1/R 1 , 丫2 = 1/R 2, Y3 = sC i Y 4=S C 2时，则构成图6 - 2 - 4所示的二阶低通滤波器 门然角频率为 (6-2-10) (6-242) 式零频增益为
粗尼系数为 为了进一步简化计算，选取Q =C 2 = C.R, - = R.则式(6-2-14) ^(6-2-15)可进一 步简化为 1 气=五 f = 3 - G o 采用频率归一化的方法.则上述二阶低通滤波器的传递函数为 "VS 】 如图6 -2 -5所示为二阶低通滤波器的幅频特性曲线，其阻带衰减特性的斜率为— 40dB / 10oct , 克服了一阶低通滤波器阻带衰减太慢的缺点。 二阶低通滤波器的各个参数，影响其滤波特性，如阻尼系数苫的大小，决定了幅频特性有无峰值，或 谐振峰的高低。如图6 =2-6所示为苫对二阶低通滤波器幅频特性的影响。 GiwMdB) (6-243) 为了简化计算■通常选G = C. = 式(6212人式(6213)可简化为 1 c 7心阻 (6-2-14) (6-2-15) (6-2-16) (6-2-17) (6*2-18)
课 程 设 计 20011 年 7月 1日 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 张腾达 吴晔 陈丽娟 杨蕾 通信电子电路课程设计 ——数字滤波器的设计 张静 20080302 光信息08-3 班 实验组员 张静 胡磊 艾永春 赵亚龙 王宏道 胡进娟 马丽婷
设计题目通信电子电路课程设计 ——数字滤波器的设计 成绩 课程设计主要内容通信电子电路课程设计——数字滤波器的设计 某系统接收端接收到的信号为：y=cos(2π*60t)+1.2cos(2π *140t)+2sin(2π*220t) +1.5sin(2π*300t)，此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t)，设计一个高通滤波器将此噪声滤除，恢复原信号。 内容： 1.窗函数法设计FIR数字高通滤波器 2.切比雪夫1型高通滤波器 指导老师评语建议：从学生的工作状态、工作量、设计论文的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。 签名： 20 年月日
设计要求： 某系统接收端接收到的信号为 y=cos(2π*60t)+1.2cos(2π*140t)+2sin(2π*220t) +1.5sin(2π*300t) (A) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise=1.5sin(2π*300t)，请设计一个低通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (B) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t) +1.5sin(2π*300t) ，请设计一个带通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (C) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= 1.2cos(2π*140t)+2sin(2π*220t)，请设计一个带阻滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 (D) 发现此信号夹杂了一个正弦噪声noise= cos(2π*60t)，请设计一个高通滤波器将此噪声滤除，从而恢复原信号。 要求： （1）请写出具体的MATLAB程序，并详细解释每条程序（2）画出滤波前后信号的频谱图 （3）画出所设计滤波器的幅频和相频特性图，并写出具体参数
长沙学院课程设计说明书 题目有源高通滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 电气工程及其自动化姓名 学号 指导教师 起止日期
模拟电子技术课程设计任务书 系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：
长沙学院课程设计鉴定表
目录 摘要 (5) 1．电路设计 (6) 1.1．电路元件及参数的选择 (6) 1.2．电路原理图绘制 (6) 2．电路的仿真 (7) 2.1．使用Multisim9仿真波特图示仪 (7) 2.2．使用Multisim9仿真示波器 (7) 2.2.1．输入信号频率小于截止频率时的仿真 (7) 2.2.2．输入信号频率等于截止频率时的仿真 (8) 2.2.3．输入信号频率大于截止频率时的仿真 (8) 参考文献 (9) 设计总结 (9)
摘要 滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成，20世纪60年代以来，集成运放获得了迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行 滤波，这是它的不足之处。]1[在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成 分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能阻挡低频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真
1. 模拟滤波器的设计 1.1巴特沃斯滤波器的次数 根据给定的参数设计模拟滤波器，然后进行变数变换，求取数字滤波器的方法，称为滤波器的间接设计。做为数字滤波器的设计基础的模拟滤波器，称之为原型滤波器。这里，我们首先介绍的是最简单最基础的原型滤波器，巴特沃斯低通滤波器。由于IIR滤波器不具有线性相位特性，因此不必考虑相位特性，直接考虑其振幅特性。 在这里，N是滤波器的次数，Ωc是截止频率。从上式的振幅特性可以看出，这个是单调递减的函数，其振幅特性是不存在纹波的。设计的时候，一般需要先计算跟所需要设计参数相符合的次数N。首先，就需要先由阻带频率，计算出阻带衰减 将巴特沃斯低通滤波器的振幅特性，直接带入上式，则有 最后，可以解得次数N为 当然，这里的N只能为正数，因此，若结果为小数，则舍弃小数，向上取整。 1.2巴特沃斯滤波器的传递函数 巴特沃斯低通滤波器的传递函数，可由其振幅特性的分母多项式求得。其分母多项式
根据S解开，可以得到极点。这里，为了方便处理，我们分为两种情况去解这个方程。当N为偶数的时候， 这里，使用了欧拉公式。同样的，当N为奇数的时候， 同样的，这里也使用了欧拉公式。归纳以上，极点的解为 上式所求得的极点，是在s平面内，在半径为Ωc的圆上等间距的点，其数量为2N个。为了使得其IIR滤 波器稳定，那么，只能选取极点在S平面左半平面的点。选定了稳定的极点之后，其模拟滤波器的传递函数就可由下式求得。
1.3巴特沃斯滤波器的实现（C语言） 首先，是次数的计算。次数的计算，我们可以由下式求得。 其对应的C语言程序为 [cpp]view plaincopy 1.N = Ceil(0.5*( log10 ( pow (10, Stopband_attenuation/10) - 1) / 2. log10 (Stopband/Cotoff) )); 然后是极点的选择，这里由于涉及到复数的操作，我们就声明一个复数结构体就可以了。最重要的是，极点的计算含有自然指数函数，这点对于计算机来讲，不是太方便，所以，我们将其替换为三角函数， 这样的话，实部与虚部就还可以分开来计算。其代码实现为 [cpp]view plaincopy 1.typedef struct 2.{ 3.double Real_part; 4.double Imag_Part; 5.} COMPLEX; 6. 7. https://www.doczj.com/doc/cc14987885.html,PLEX poles[N]; 9. 10.for(k = 0;k <= ((2*N)-1) ; k++) 11.{ 12.if(Cotoff*cos((k+dk)*(pi/N)) < 0) 13. { 14. poles[count].Real_part = -Cotoff*cos((k+dk)*(pi/N)); 15.poles[count].Imag_Part= -Cotoff*sin((k+dk)*(pi/N)); 16. count++; 17.if (count == N) break; 18. } 19.}
课程设计报告 ——基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 2０10年12月25日 一、实验内容 基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 二、实验目的 1、通过对滤波器的设计，充分了解测控电路中学习的各种滤波器的工作原理以及工作机制。学习幅频特性曲线的拟合,学会基本MAＴLＡB操作。 2、进一步掌握虚拟仪器语言ＬabVＩEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。以及图形化的编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法；掌握如何使用数据采
集卡以及EIVIS产生实际波形信号。了解图形化的编程方法；练习ＤIO函数的使用方法；学习如何使用数据采集卡以及EＩVIＳ产生和接受实际的数字信号。３、掌握自主化学习的方法以及工程设计理念等技能。 三、实验原理 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠,如果重叠不严重,仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率,提高测量精度。 任何复杂地滤波网络,可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器,而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。 滤波器主要参数介绍： ①通带截频f p=w p／(2π)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。 ②阻带截频f r=wｒ／（２π)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。 ③转折频率f c=w c/（2π)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。 ④固有频率f0=w0/（2π)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率,复杂电路往
D S P课程设计报告 题目：FIR高通滤波器设计 姓名 学号 教学院系 专业年级 指导教师
DSP课程设计 目录 一、设计题目 (1) 二、设计目标 (1) 三、算法研究与参数计算 (1) 1、FIR的原理和参数生成公式 (1) 2、利用MATLAB计算滤波系数 (1) 3、输入信号参数计算 (2) 四、编写源程序 (3) 五、调试过程 (4) 1、调试前准备 (5) 2、MATLAB的使用 (5) 3、编写及编译程序 (5) 4、设置断点和探针 (6) 5、打开观察窗口 (6) 六、实验结果及分析 (6) 1、输入信号的时域波形和频域波形 (6) 2、输出信号的时域波形和频域波形 (7) 七、设计心得 (8)
1 一、设计题目 FIR 高通滤波器设计 二、设计目标 设计一个FIR 高通滤波器，通带边界频率为6000Hz ，采样频率为20000Hz 。FIR 滤波器的设计用MA TLAB 窗函数法进行。 三、算法研究与参数计算 1、FIR 的原理和参数生成公式 图3-1 2、利用MATLAB 计算滤波系数 在MATLAB 界面输入图3-2所示程序，可得到滤波系数并生成INC 文件。 图 3-2
DSP 课程设计 2 输入freqz （y ，1，512），MATLAB 中显示高通滤波器的滤波特性曲线。如图3-3所示。 图3-3 3、输入信号参数计算 MATLAB 中输入图3-4中所示程序，包含两种频率成分的正弦信号，一种信号频率1000Hz ，一种信号6000Hz 。 图3-4 其频谱特性曲线如图3-5。 图3-5
FIR高通滤波器设计 四、编写源程序 参考资料，编写汇编语言源程序： HIGHPASS .set 1 ;if you want to use ,please set the value to 1 .global start,fir .mmregs COFF_FIR_START: .sect "coff_fir" .copy "0126.inc" K_FIR_BFFR .set 64 d_data_buffer .usect "fir_bfr",64 FIR_DP .usect "fir_vars",0 d_filin .usect "fir_vars",1 output .usect "fir_vars",1 input .usect "fir_vars",1 d_filout .usect "fir_vars",100h stacksize .set 256 stack .usect "fir_vars",stacksize .asg AR4,FIR_DATA_P .asg AR6,INBUF_P .asg AR7,OUTBUF_P .asg AR3,OUTBUF .asg AR2,INBUF .sect "fir_prog" nop start: stm #stack+stacksize,SP LD #FIR_DP,DP STM #d_data_buffer,FIR_DATA_P RPTZ A,#K_FIR_BFFR-1 STL A,*FIR_DATA_P+ STM #d_filin,INBUF_P 3
信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真 学院英才实验学院 学号2015180201019 学生姓名洪 健 指导教师王玲芳
巴特沃斯滤波器的设计与仿真 英才一班 洪健 2015180201019 摘 要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。 关键词：巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim 引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。 模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种，它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品，是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台，它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛应用于电子电路的分析，设计和仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。 本文主要对低通模拟滤波器做主要研究，首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究，并计算相应电路参数，最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。 正文 1巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯（Butterworth）滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下： ① 最大平坦性。可以证明，在ω=０处，有最大值|H(0)|=1，幅频特性的前２n－１阶导数均为零。这表示它在ω＝０点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的，相 频 特 性 也 是 单 调 下降的。因此， 巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数ｎ是什么数，都会通过C = ，并且此时|()|H j ，而且ｎ 越大，其幅频响应就越逼近理想情况。
FIR高通滤波器设计南京师范大学物科院
从实现方法方面考虑，将滤波器分为两种，一种是IIR滤波器，另一种是FIR 滤波器。 FIRDF的最大优点是可以实现线性相位滤波。而IIRDF主要对幅频特性进行逼近，相频特性会存在不同程度的非线性。我们知道，无失真传输与滤波处理的条件是，在信号的有效频谱范围内系统幅频响应应为常数，相频响应为频率的线性函数。另外，FIR是全零点滤波器，硬件和软件实现结构简单，不用考虑稳定性问题。所以，FIRDF是一种很重要的滤波器，在数字信号处理领域得到广泛应用。 FIRDF设计方法主要分为两类：第一类是基于逼近理想滤波器特性的方法，包括窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法；第二类是最优设计法。其中窗函数计法的基本思想是用FIRDF逼近希望的滤波特性。本次设计主要采用窗函数设计法，对理想滤波器进行逼近，从而实现高通滤波器的设计。 在MATLAB软件中，有一系列函数用于设计滤波器，应用时十分方便。因此，在本次设计中，滤波器的设计主要采用MATLAB软件，编写适当的程序，得到滤波器的单位脉冲响应。 本设计对滤波器的硬件仿真主要使用CCS软件，通过对滤波器的硬件仿真，可以较为真实的看出滤波器的滤波效果。 关键字：高通、FIRDF、线性相位、Hanning窗、MATLAB、CCS
1.设计目标 产生一个多频信号，设计一个高通滤波器消除其中的低频成分，通过CCS的graph view 波形和频谱显示，并和MATLAB计算结果比较 2.设计原理 2.1数字滤波器 数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器广泛用于数字信号处理中，如电视、VCD、音响等。 按照滤波电路的工作频带为其命名：设截止频率为fp，频率低于fp的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的电路称为低通滤波器，频率高于fp的信号可以通过，低于fp的信号被衰减的电路称为高通滤波器；而带通吗，就是频率介于低频段截止频率和高频段截止频率的信号可以通过的电路。 2.2高通滤波器 高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。它有时被称为低频剪切滤波器；在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。高通滤波器与低通滤波器特性恰恰相反。这样的滤波器能够把高频率的声音引导至专用高音喇叭(tweeter),并阻止可能干擾或者损害喇叭的低音信号。使用线圈而不是电容的低通滤波器也可以同时把低频信号引导至低音喇叭(woofer)。高通和低通滤波器也用于数字图像处理中在频域中进行变换。 2.3高通滤波器的分析 2.3.1高通滤波器的时域分析 在时域,信号经过系统的响应y (n)体现为激励x(n)跟系统单位抽样响应h(n)的卷积和y(n)=(n)×h(n)=ΣN–1m=0h(m)x(n-m)[223] 。对于长度为N 的FIR系统, h(n)可以看成一个长度为N 点的固定窗口,而x(n)则看成一个队列以齐步走的方 式穿过h(n)窗口,每走一步,位于窗口中的x(n)部分的点跟h(n)的对应点的值相乘 (即加权)再求和,所得结果构成此时系统的响应值y(n), x(n)队列每走一步就得到一 个响应值y(n),即y(n)是h(n)对位于其窗口中的x(n)的加权求和。高通滤波要求h(n) 窗口具有波形锐化作用,即利用h(n)窗口加权和使得变化快的(即高频)正弦分量保 留(理想高通)或衰减幅度小(实际高通) ,而变化缓慢(即低频)的正弦分量正负抵消 (理想高通)或衰减幅度大(实际高通) 。 设
数字信号处理课程设计 题目巴特沃斯高通数字滤波器 老师陈忠泽老师 学院电气工程学院 班级电子信息工程0 81班 学号20084470110 姓名何依阳 二0一一年五月
目录： 一、IIR数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 2、数字滤波器的设计步骤 3、设计方法 4、IIR巴特沃斯数字高通滤波器的实例计算 二、软件仿真工具及实现环境简介 1、计算机辅助设计方法 2、 MATLAB直接设计IIR巴特沃斯数字高通滤波器 三、滤波器结构对数字滤波器性能指标的影响分析 1、 IIR系统的基本网络结构 （1） （2）级联型 （3） 四、有限字长运算在网络结构中对数字滤波器的影响 1 、运算量化效应对数字滤波器的影响 2 、参数的字长对数字滤波器性能指标的影响 2.1 、系数量化对数字滤波器的影响 五、运用MATLAB的辅助工具FDATOOL画出系统函数图像 六、设计心得
IIR 数字高通滤波器的设计 一、IIR 数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。 2、 数字滤波器的设计步骤 设计一个IIR 数字滤波器主要包括下面5个步骤： （1） 确定滤波器要求的规范指标。 （2） 选择合适的滤波器系数的计算（如图一流程图所示）。 （3） 用一个适当的结构来表示滤波器（实现结构）。 （4） 有限字长效应对滤波器性能的影响分析。 （5） 用软件或硬件来实现滤波器。 本次设计的IIR 数字滤波器系数的计算是根据已知的模拟滤波器的特性转换到等价的数字滤波器。本次设计用双线性变换法得到数字滤波器。而且，双线性变换法得到的数字滤波器保留了模拟滤波器的幅度响应特性。 确定数字巴特沃斯 高通滤波器指标 推导出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器指 计算出归一化模拟巴特沃斯低通滤波去归一化推导出模拟巴特沃斯高通滤波器 双线性变换推导出数字巴特沃斯高通 图一 流程图