下模拟滤波器的仿真设计

基于multisim的二阶滤波器仿真设计实验报
告
本报告主要就基于multisim的二阶滤波器的仿真设计进行介绍
和说明，目的是为了解决模拟信号中的信号干扰以及抑制或突出某些
频率分量的问题。

仿真设计是基于Multisim软件来实现的，Multisim是一款由National Instruments 公司开发的电子工程专业虚拟仿真软件，用于
模拟数字电子系统、模拟电子系统及系统仿真，主要有以下步骤：第一步，选择芯片，我们选择的芯片是OP-07，这款芯片是带有
两个引脚的运算放大器，并且可以构成有效带通滤波器场景；
第二步，接下来我们可以将这些芯片组合起来，来组成不同类型
的二阶滤波器；
第三步，最后通过计算来设计滤波器各个参数，比如滤波器阶跃
响应函数，模拟电路来进行计算，利用电路原理来实现参数的计算；
最后，在仿真的环节，我们可以通过Multisim来完成仿真，最
后输出仿真结果：仿真设计的滤波器响应以及滤波器的波形形状。

从以上实验可以得出的结论是，使用Multisim可以非常轻松的
设计模拟电路，设计二阶滤波器，并用它来仿真，了解滤波器的性能。

滤波的Multisim仿真1. 引言在电子电路设计中，滤波器是一种常用的电路组件，用于去除信号中的噪声或者选择特定频率范围内的信号。

滤波器可以通过不同的滤波算法和电路结构来实现，其中Multisim是一款常用的电子电路仿真软件，可以用于设计和验证各种类型的滤波器。

本文将介绍如何使用Multisim进行滤波器的仿真。

首先会详细介绍Multisim软件的基本操作和界面布局，然后会以一个低通滤波器为例，演示如何利用Multisim进行仿真并分析其输出结果。

2. Multisim软件介绍Multisim是由美国国家仪器（National Instruments）公司开发的一款集成电路设计与仿真软件。

它提供了丰富的元件库和强大的仿真功能，能够帮助工程师们快速设计、验证和优化各种类型的电子电路。

Multisim软件具有直观友好的用户界面，可以轻松实现原理图绘制、参数设置、仿真运行等操作。

它支持多种不同级别的模型库，并且提供了多种仿真分析工具，如直流分析、交流分析、传递函数分析等，可以满足不同需求的设计和验证任务。

3. Multisim的基本操作3.1 界面布局Multisim的界面主要由以下几个部分组成：•工具栏：提供了常用的绘图工具和仿真控制按钮。

•元件库：包含了各种类型的电子元件，可以从中选择并拖放到原理图中。

•原理图编辑区：用于绘制电路原理图。

•参数设置区：用于设置元件的参数和仿真条件。

•输出窗口：显示仿真结果和错误信息。

3.2 元件选择与连接在Multisim中，可以通过从元件库中选择合适的元件，并将其拖放到原理图编辑区来构建电路。

常见的电子元件如电阻、电容、电感等都可以在Multisim中找到。

连接元件时，只需将鼠标指针移动到一个元件上的引脚上，并拖动至另一个元件的引脚上即可完成连接。

Multisim会自动判断引脚之间是否存在合适的连接关系，并进行连线。

3.3 参数设置与仿真运行在设计滤波器之前，需要为每个元件设置合适的参数。

本科生毕业论文（设计）题目：基于matlab模拟滤波器的设计与仿真系部电子信息工程学院学科门类工科专业电子信息工程学号xxxxxxxxxxxxxxxxxx姓名XXX指导教师XXX2012年 5 月18 日基于matlab的模拟滤波器设计与仿真摘要几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号处理问题，而滤波器信号处理的重要组成部分。

本论文首先介绍了滤波器的滤波原理以及模拟滤波器的设计方法，然后系统地介绍了模拟滤波器（包括巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器）的设计原理和方法，并在此基础上论述了低通、高通、带通、带阻模拟滤波器的设计。

最后，采用MATLAB对所述滤波器进行建模仿真。

仿真结果表明用matlab设计的滤波器符合技术要求，且直观简便，有利于设计的优化。

关键字：模拟滤波器频率转换MATLAB装订线ABSTRACTIn almost all areas of engineering and technology, signal processing will be involved andsignal processing is an important component of filter signal processing. This paper will firstintroduce the principle of filter and the design method of analog filters. Then the paper willpresent the design principles and methods of analog filters (including the Butterworth filter andChebyshev filter) and on this basis, the analog filters (including low-pass, high-pass, band-pass,and band-stop) design will be discussed. Last is the use of virtual realization of analog filtersMATLAB. It can be seen that based on the simulation result, the filter designed by MATLAB iscoincident in technical requirements and handy in anchauung. What’s more, it is easy to adjustthe performance of filters.Key words:Filtering Analog filters MATLAB装订线第1章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状及趋势 (1)1.3本文的主要工作安排 (2)第2章基本理论知识 (3)2.1滤波器的工作原理 (3)2.1.1模拟滤波器的工作原理 (3)2.1.2数字滤波器的工作原理 (4)2.2滤波器的基本特性 (5)2.2.1模拟滤波器与数字滤波器的基本特性 (5)2.2.2无限冲激响应IIR和有限冲激响应FIR滤波器 (7)2.3滤波器的主要性能指标 (8)第3章模拟滤波器的设计 (9)3.1模拟滤波器的分类 (9)3.2 模拟滤波器的设计方法 (9)3.3模拟原型滤波器及最小阶数选择 (11)3.3.1巴特沃斯滤波器及最小阶数选择 (11)3.3.2切比雪夫滤波器及最小阶数选择 (14)3.3.3椭圆滤波器及最小阶数的选择 (20)3.3.4贝塞尔滤波器 (21)第4章 MATLAB仿真 (22)4.1MATLAB简介 (22)4.2对低通模拟滤波器的仿真 (23)4.3 模拟高通滤波器的仿真 (25)4.4 模拟带通滤波器的仿真 (26)4.5 对带阻模拟滤波器的仿真 (28)第5章频率转换 (30)5.1低通至高通的转换 (30)5.2低通至带通的变换 (31)5.3低通至带阻的变换 (34)第6章总结与展望 (36)参考文献 (37)第1章绪论1.1课题研究背景及意义凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。

同步技术原理与仿真通信系统有发送信号和接收信号的俄过程，其中接收信号是从噪声、干扰中提取有用信号，获取通信系统发送的信息。

提取信息是估计再生信号的某个或某些特征参数：载波频率、振幅、相位以及发送的时间等。

锁相环是一个频率与相位同步反馈控制系统。

模拟通信中载波抑制双边带（DSB-SC ）、SSB 数字通信中：PSK 、DPSK 、MPSK 、MSK 、QAM 遥控遥测系统无线电定位导航系统模拟锁相环原理()()phoutt f t dff f phint f t lo lo lo in in in +=+=+=πθπθ22可以得到相位误差：()()()()()phoutphin dft phout t f phin t f t t t lo in lo in e -+=+-+=-=πππθθθ222输入信号()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()[]()()()()()()()()()[]()()()()()()[]()()()()()()()()[]()()t t t t n t t n t t t t n t t n t t t t t t t n t t t t t t t n t t t t n t t t t n t n t t n t t n t n t n t t V t x c s s c s c s c s c i θωθθθωθθθθωθθωθθωθθωθθωθθωωωθω+--++=+-+-+++=-+--+=⎩⎨⎧-=++=00000000000sin sin cos cos sin cos sin cos cos sin sin sin cos cos sin cos sin cos sin()()()()()()()()()()()()()()⎩⎨⎧-=+=t t n t t n t N t t n t t n t N c s s s c c θθθθsin cos sin cos 锁相环环路滤波器()s F 设计仿真一、1阶锁相环设计仿真1. 1阶锁相环()()1=s Ft1阶数字锁相环()n x算法流程()()()()()()13111212111312112sin w K n w w w w w T n x w w G n x n n out e out in e ⋅==+=⋅+==-=θθθθθ二、2阶锁相环设计仿真1. 1阶环路滤波器 积分器设计T zs 1111--⇒211111T zz s ---+⇒ 1阶环路模拟滤波器1阶环路数字滤波器21w1阶数字锁相环算法流程()()()()23212222212313222111121211130121122sin w K n w w w w w T w w w w w w w w T x w w G x n n out e out in e ⋅==+=⋅+==+=⋅⋅+==-=θωθθθθ2. 无源RC 积分滤波器()1/1111111+=+=+=sss s s s F ττττ微分方程()()()()()()()()()()()⎰⎰⎰⎰-=⇒+=⇒⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⇒=+=+=+=dt t y dt t x t y dt t y t y dt t x s s Y s s X s X s Y sss s s s F ττττττττττ1111/1111/1111111差分方程表达式1：算法流程()()()ττ//213121222221311111121211w w w w w n y T w w w n y w w n x T w w -==+⨯=+==⨯+=差分方程表达式2：算法流程()()()ττ/2//2/233121222221232221311311121211131211w w w w w w w w n y T w w w n y w w w w w n x T w w ==+=+⨯=+==+=⨯+=数字锁相环结构算法流程()()()()()()()()()43414242414342412331212222212322213113111212111312112//2/21sin w K n w w w w w T n y w w w w w w w w w T n y w w w w n y w w w w w Tn x w w G n x n n out e out in e ⋅==+=⋅+=-==+=⋅+=+==+=⋅⋅+=⋅=-=θττθθθθ微分方程()()()()()()()()()t y t x t y t y t y t x s X s Y s s F ''11τττ-=⇒+=⇒=+=3. 无源比例积分滤波器传递函数()()()()()()s X s Y ss s s s s s s s s s F 1222122122122122111/111111111111+=+-+=+-+=+-+=+-++=++=ττττττττττττττττ 令()⎩⎨⎧=-=222211/1/ττττa a可以得到()()()sa a s X s Y s F /112111+==微分方程()()()()()()()()()()()()t y a t x a t y s s Y a s X a s Y s s Y a s Y s X a sa a s X s Y s F '2121212111///11-=⇒-=⇒+=⇒+==微分方程结构框图滤波器结构框图积分方程()()()()()()()()()()()()dtt y a dt t x a a t y s Y a ss sX a a s Y s Y a s sY s sX a a s sa s a a s X s Y s F ⎰⎰-=⇒-=⇒+=⇒+=+==22111221112112121111/11积分方程结构框图滤波器结构框图数字滤波器数字锁相环结构w42算法流程：()()()()()()()()()()()()42414242414342411232312122222123221213113111121211*********122sin Kw n w w w w w w Tn y w n y n x n y w a w w w w w w w Tn y w w w n y w w w w w w Ta a n x w G n x n n out e out in e ==+=+⋅=+=-==+=+⋅=+==+=+⋅⋅==-=θθθθθ4. 有源比例积分滤波器()()()1211211τττττ+==+=s s X s Y s s s F 滤波器结构框图数字滤波器结构数字锁相环结构框图)22w算法流程()()()()()()()()()23212222212322211112121113121111312212sin w K n w w w w w w Tn y w w w w w w w T n x w w n x n y G n x n n out e out in e ⋅==+=+⋅==+=+⋅⋅=+⋅==-=θτττθθθθ5. 跟踪频率斜升信号的二阶环路滤波器 传递函数()22112211ss s s F ττττ++=滤波器结构框图6. 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常用模拟滤波器的设计方法设计模拟滤波器常用的方法有很多种，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、脉冲响应滤波器等。

这些方法各有特点，适用于不同的滤波器设计需求。

下面将逐步介绍常用模拟滤波器的设计方法。

1. 巴特沃斯滤波器的设计方法巴特沃斯滤波器是一种最常用的模拟滤波器，其主要特点是通频带的频率响应是平坦的，也就是说在通过的频率范围内的信号不会被衰减或增强。

巴特沃斯滤波器的设计方法包括以下步骤：1.1 确定滤波器类型首先，根据滤波器的设计需求，确定滤波器的类型，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

不同类型的滤波器在频率响应和陡度上有一些差异。

1.2 确定滤波器模型根据滤波器类型，选择相应的滤波器模型。

比如，低通滤波器通常选择Butterworth滤波器模型、Elliptic滤波器模型或者Chebyshev滤波器模型。

1.3 确定滤波器参数确定滤波器的相关参数，包括截止频率、阻带衰减和通带波纹等。

这些参数的选择需要根据特定的滤波器性能需求决定。

1.4 开始设计根据确定的滤波器模型和参数，开始进行滤波器的设计。

可以使用电路设计软件进行模拟，或者手动计算和画图设计。

1.5 仿真和优化设计完成后，对滤波器进行仿真，检查其频率响应和时域特性。

根据仿真结果，可以调整一些参数以优化滤波器的性能。

1.6 实际搭建和测试在电路板上搭建设计好的滤波器电路，并进行实际测试。

测试结果比较与设计要求进行评估和调整，最终得到满足要求的滤波器。

2. 切比雪夫滤波器的设计方法切比雪夫滤波器是一种在通频带内具有较窄的波纹和较快的过渡带的滤波器。

其设计方法如下：2.1 确定滤波器类型和阶数选择滤波器的类型和阶数，通常切比雪夫滤波器可以选择类型Ⅰ和类型Ⅱ。

阶数的选择取决于滤波器对波纹的要求和频率范围。

2.2 确定滤波器参数确定滤波器的相关参数，包括截止频率、阻带衰减、通带波纹和过渡带宽度等。

这些参数的选择需要根据特定的滤波器性能需求决定。

毕业设计LC带通滤波器的设计与仿真设计引言：滤波器是电子电路中非常重要的一个部分，它可以对输入信号进行频率选择性的处理。

而LC带通滤波器是一种常见的滤波器，它能够选择特定的频带通过，达到滤波的目的。

本文将介绍LC带通滤波器的设计和仿真，并带有实际案例进行说明。

设计目标：设计一个LC带通滤波器，达到对输入信号的特定频率带进行增强或抑制的效果。

设计的滤波器需要满足以下要求：1.通带范围：10kHz-20kHz2.阻带范围：0-5kHz和25kHz-正无穷大3.通带衰减：小于3dB4.阻带衰减：大于40dB设计步骤：1.确定滤波器的类型和拓扑结构。

对于LC带通滤波器，常用的拓扑结构有L型和π型两种。

本文选择π型结构进行设计。

2.根据设计要求，计算滤波器的理论参数。

计算中需要考虑到通带范围、阻带要求和通带衰减等因素。

3.根据计算结果，选择合适的电感和电容值。

4.绘制原理图，并进行仿真。

使用专业的电子设计自动化(EDA)软件进行仿真，如SPICE仿真软件。

5.优化滤波器的性能。

根据仿真结果进行进一步调整，优化滤波器的通带范围和衰减性能。

仿真设计案例：选取一个实例进行LC带通滤波器的设计和仿真。

示例要求：通带范围：12kHz-18kHz阻带范围：0-10kHz和20kHz-正无穷大通带衰减：小于2dB阻带衰减：大于50dB设计步骤：1.选择π型结构，选取合适的电感和电容值。

2.计算得到电感值为L=100μH，电容值为C1=22nF和C2=47nF。

3.绘制原理图，并进行SPICE仿真。

4.仿真结果显示，滤波器在通带范围内的衰减小于2dB，在阻带范围内的衰减高于50dB。

5.进行微调和优化，根据需要调整电感和电容值，以获得更理想的滤波器性能。

结论：通过设计和仿真，成功地完成了LC带通滤波器的设计过程。

根据示例结果，可见所设计的滤波器在设计要求范围内达到了优良的滤波效果。

这个设计过程可以用于其他LC带通滤波器的设计，只需根据实际要求进行参数选择和优化。

模拟滤波器的原理和设计方法模拟滤波器是电子工程领域中常用的一种电路设备，它能够对电信号进行滤波和频率选择处理。

本文将介绍模拟滤波器的基本原理和常见的设计方法。

一、模拟滤波器的原理模拟滤波器是一种对连续信号进行频域处理的电路，其基本原理是利用电容、电感和电阻等元件对不同频率的信号进行衰减或放大，从而实现对特定频率范围内信号的选择性传输。

常见的模拟滤波器有两种类型：低通滤波器和高通滤波器。

低通滤波器能够传递低频信号而阻断高频信号，而高通滤波器则相反，可以传递高频信号而阻断低频信号。

在电路设计中，模拟滤波器通常由放大器、电容和电感等元件组成。

其中，放大器承担信号放大的功能，电容和电感则分别对应着电路的频率选择和衰减作用。

通过合理选择元件的数值和连接方式，可以实现不同频率范围内的信号滤波。

二、模拟滤波器的设计方法1. 确定滤波器类型在进行滤波器设计时，首先需要明确所需的滤波器类型，是需要低通滤波器还是高通滤波器，还是其他类型的滤波器。

2. 确定滤波器的频率响应根据滤波器的应用需求，确定所需的频率响应，即确定需要传递的频率范围。

3. 选择滤波器的拓扑结构根据滤波器类型和频率响应的要求，选择合适的滤波器拓扑结构。

常见的滤波器结构有活性滤波器和无源滤波器两种，其中活性滤波器较为常用。

4. 设计滤波器的元件数值根据所选的滤波器结构，确定电容和电感的数值。

这可以通过使用合适的设计软件或公式进行计算得出。

5. 进行滤波器的电路分析和模拟使用仿真软件对设计的滤波器电路进行分析和模拟，以验证其性能和满足设计需求。

6. 选择合适的元器件根据电路分析和模拟的结果，选择合适的元器件进行实际搭建和测试。

在选择元器件时，需考虑到其性能参数、可获得性以及成本等因素。

7. 进行滤波器的实际测试和调整搭建完成滤波器电路后，进行实际的测试和调整，以进一步优化滤波器的性能。

三、总结模拟滤波器是一种常用的电路设备，其原理基于电容、电感和电阻等元件对信号进行频率选择性传输。