滤波器的课程设计

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1、 目录目录 1、设计任务和设计要求.2 11 设计任务2 12 设计要求2 13 题目评析2 2、方案比较与论证.3 21 滤波单元设计3 22 增益放大单元设计3 23 频率波形提取单元设计3 3、系统硬件设计.4 31 系统的总体设计4 32 系统的单元设计.4 3.2.1 低频滤波器的设计4 3.2.2 可控增益放大器单元设计 .6 3.2.3 频率波形提取单元的设计 .7 4、系统仿真.10 41 低频滤波器单元的仿真10 42 可控增益放大器单元的仿真11 43 频率波形提取单元的仿真11 44 一、二级单元串联运行12 5、结论.13 6、参考文献.14 附录一 电路原理图.14

2、附录二 PCB 板电路 .14 摘要摘要： 本设计是一个可控制的滤波放大电路，主要由三个环节构成：四阶巴特沃兹 带通滤波器、 可控增益的增益放大器和开关电容带通滤波器。 实现的是对于 1005000hz 低频信号的滤波放大，及最后开关电容滤波器带通滤波选取某频段的波形，同时给予可控 增益完成信号的放大。 关键词：关键词： 巴特沃兹巴特沃兹滤波滤波器器 可控增益可控增益放大放大 切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器 1、设计任务和设计要求、设计任务和设计要求 11 设计任务设计任务 对于信号处理需要进行滤波和放大，而现有的滤波放大器的可控性能不高，现要求设 计一个简单的可控滤波放大电路，实现对放大增益的

3、可控制，并且能够完成带通滤波和某 一平率波形的简单提取。 12 设计要求设计要求 输入信号选在低频区， 带通滤波范围在 100Hz5kHz。 带通滤波增益有明显的变化， 范围在 40dB70dB 之间即可。滤波区间变化较为平坦，频段提取的中心频率增益不小 于 10dB，提取频率 2000Hz。 13 题目评析题目评析 题目的重点在于滤波和放大，难点在于可控增益的放大和滤波性能的要求。要求设计 的电路主要的功能就是滤波和控制放大，而如何做到滤波器性能的要求是滤波器设计主要 难点，而可控增益放大器则需要完成如何在要求范围内完成放大增益分贝。题目的实用价 值在于现代通讯和传感器领域中要求对信号做出处

4、理，而放大和滤波两种基本处理应用非 常广泛，实现增益控制和滤波控制将为自动控制系统实现很大的便利性，尤其是可编程控 制的放大滤波器的运用会非常的灵活方便，若是结合单片机的使用，将极大的提高系统的 自动化程度。本设计的创新之处在于结合巴特沃兹滤波器、AD603 芯片和 MAX274 芯片， 实现了滤波放大和单一频率的波形提取，整体设计在参数计算工作量大大减少，而且在灵 活性的基础上实现了设计要求，可以运用在电机和变压器对三次谐波的监控或是信号中的 谐波分析。 2、方案比较与论证、方案比较与论证 21 滤波单元设计滤波单元设计 方案一：无源滤波 RC 无源滤波器具有电路简单，抗干扰性强，较好的低频

5、性能，但是 RC 参数计算较为 困难，在滤波特性上与有源滤波相比有一定差距。 方案二：有源滤波器 有源滤波电路是指使用放大器实现滤波功能。有源滤波能够滤除谐波，同时还可以动 态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到 95以上，补偿无功细致。选 用 TI 公司的 LM324 进行滤波单元的设计。 22 增益放大单元设计增益放大单元设计 方案一：使用数字电位器和普通运放组成放大电路。通过控制数字电位器来改变放大 器的反馈电阻实现可变增益。这种方案硬件实现较简单, 但限于数字电位器的精度较低、 档位有限, 这种方案很难实现增益的精确控制, 同时数字电位器受信号的带宽限制,在运放 环路中会

6、影响整个系统的通频带宽。 方案二：采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器，便于对放大增益的较 精确控制， 同时可以降低干扰和噪声。 综上所述, 本设计采用方案二, AD603 是一款低噪声, 精密控制的可变增益放大器, 温度稳定性高, 最大增益误差为 0.5dB, 满足题目要求的精度, 其增益(d B )与控制电压 V 呈线性关系。 23 频率波形提取单元设计频率波形提取单元设计 方案一： 使用集成运放组成的带通滤波器，使中心频率对应要求的提取频率，此处 使用切比雪夫响应的滤波器较好，但是集成运放在通带频率和阻带频率的确定较困难，而 且切比雪夫滤波器虽然有很好的下降性，但是滤波的波纹较大，参数设计复杂，精度难以 提高。 方案二： 使用开关电容滤波器组成的带通滤波器，开关电容具有数字滤波器的离散 特性，但是不必像数字滤波器那样进行 AD 和 DA 转换，可以对模拟信号直接处理，而且 速度和精度都大幅度提高，因此本设计采用的是开关电容滤波器进行频率波形提取。 3、系统硬件设计、系统硬件设计 31 系统的总体设计系