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1、滤波器设计实验( 一)1实验目的1、了解滤波器设计理论基础。2、掌握滤波器设计软件 Filter Solutions使用方法。3、掌握无源滤波器设计及测试方法。2实验内容1、采用 Filter Solutions设计 LC椭圆低通滤波器。2、焊接电路并测试滤波器性能。3实验器材示波器、毫伏表、信号源、扫频仪。4实验原理（一）滤波器基本理论滤波器可以按几种方法来分类。例如模拟滤波器是用来处理模拟信号，即信号是时间的连续函数，而数字滤波器是用来处理数字化的连续波形。滤波器按其设计的工作频段可分为集总元件设备和分布元件设备。最后按其使用的元件类型可分为无源滤波器和有源滤波器。滤波器的实质是通过某些频
2、率位于滤波器通带内的信号，而阻止或者衰减一些频率位于阻带内的信号。通常碰到的选频滤波器类型定义如下：（1）低通滤波器：在 0和截止频率 c之间为通带，高于 c是阻带，其带宽 B= c；（2）高通滤波器：在 0和截止频率 c之间为阻带，高于 c是通带；（3）带通滤波器：在两个截止频率 L和 U之间为通带，在 0和 L之间以及 U以上为阻带。其带宽 B= U- L；（4）带阻滤波器： L U为通带；（5）全通滤波器：平等的传通所有的频率信号，即对所有频率信号其|H(j)|都是常数，但其相位 ()通常是频率的函数。（二）滤波器设计方法模拟滤波器传统的设计步骤为：（1）给定模拟滤波器的性能指标；（2）
3、设计模拟低通原型滤波器，确定滤波器阶数；（3）频率变换（低通至高通或带通或带阻） ；（4）电路拓扑结构（Sallen-Key 电路、MFB 电路、状态变量电路、前馈双二次型电路等）的选择。用来说明低通滤波器特性的主要技术指标有：（1）通带截止频率 ；（2）通带内最大衰减 ；（3）阻带截止频率 ；（4）阻带最小衰减 。图 1.1 低通滤波器幅频特性曲线 在确定滤波器的性能之后，就可根据所需滤波器的特点选择合适的模拟低通原型进行设计。典型的模拟低通原型滤波器有：巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器、椭圆函数滤波器等。巴特沃兹滤波器通带阻带最平坦，过渡带下降较缓慢，相频响应较好；切比雪夫滤波
4、器在通带或阻带内有等波纹起伏，过渡带下降较快，相频特性较差；贝塞尔滤波器频率选择性最差，但具有理想的相频特性；椭圆函数滤波器通带和阻带内都有等纹波起伏，过渡带下降最快，相频特性最差。随着计算机技术的飞速发展，滤波器的设计和实现更多地借助一些计算机辅助软件。常见的滤波器设计软件有 Nuhertz公司出品的 Filter Solutions、Schematica 公司出品的Filter Wiz Pro、Linear 公司出品的 FilterCAD及 Ti公司出品的 FilterPro等。这里，我们采用 Filter Solutions软件进行无源滤波器的设计。5实验步骤1、采用 Filter So
5、lutions软件，如图 1.2，对滤波器进行参数设计：（1）打开软件后，根据滤波器的设计要求，在 filter type中选择滤波器的类型为椭圆滤波器；（2）在 filter class中选择滤波器的种类低通；（3）在 filter Attributes中设置滤波器的阶数为 4、通频带频率为 30KHz，阻带截止频率为 60KHz，通带内最大起伏为 1dB；ppss （4）在 Implementation中选择无源滤波器（Lumped） ；（5）在 Freq Scale中选择 Hertz和 Log；（6）在 Graph Limits中设置好图像的最大频率和最小频率，最大频率要大于通频带的截止
6、频率；在 Lumped Design/Ideal Filter Response中观察传输函数、时域响应、零极点图、频域响应的图像；（7）在 Circuit Parmaters中设置源电阻和负载电阻均为 50 。图 1.2 Filter solutions 设计界面 参数设计完成后，点击 Sythesize Filter观察滤波器电路图，如图 1.3。 图 1.3 Filter solutions生成滤波器电路图 由于生成电路图中元器件的值的是由软件计算出来与实际不符，对其进行修改，得到图1.4。点击左上角 Freq按 键可得到理论上的幅频特性曲 线，在打开的页面中点击左上 角的Text按钮可
7、得到幅频特性 数据。 图 1.4 修改后 Filter solutions生成滤波器电路图2、按照生成电路图焊接电路。3、测量电路噪声：输入端无信号，用毫伏表读出输出端噪声。4、观察频谱特性：从输入端输入 30KHz方波，用示波器观察输出端波形及频谱图。5、测试滤波器的幅频特性和相频特性：（1）从输入端输入不同频率正弦波，用毫伏表分别读出输入端和输出端幅度，输出端幅度减去输入端幅度得到幅度衰减值。以输入正弦波频率为横坐标，幅度衰减值为纵坐标画出幅频特性曲线（2）从输入端输入不同频率正弦波，用示波器同时观察输入输出端波形，读出相位差。以输入正弦波频率为横坐标，相位差为纵坐标画出幅频特性曲线。（3
8、）用扫频仪测试其幅频特性和相频特性。6实验要求画出滤波器幅频特性曲线和相频特性曲线，与理论曲线做对比，分析误差原因。滤波器设计实验( 二)1实验目的1、加深对滤波器设计参数的理解，提高滤波器性能指标。2、熟练掌握 Filter Solutions使用方法。3、熟练掌握滤波器设计、焊接及性能测试方法。2实验内容1、分别设计一个巴特沃兹、切比雪夫和椭圆有源低通滤波器。要求截止频率为100kHz，带外衰减不小于 60dB/十倍频程，截止频率误差绝对值不大于 2%,通带和阻带纹波尽可能小。2、设计一个带通滤波器，阻带衰减：40dB，中心频率：60kHZ，通带宽度：10kHZ，阻带宽度：60kHZ。3、
9、设计一个低通滤波器，截止频率为 500kHz，带外衰减不小于 40dB/十倍频程，截止频率误差绝对值不大于 10%。4、对于 2中的设计，如要求滤波器通带增益在 0.24.0之间可调，该如何设计？附：3、4 为选做。3实验器材示波器、毫伏表、信号源、扫频仪。4实验过程1、设计滤波器，进行电路参数优化同时进行幅频特性、相频特性仿真。2、按照优化及仿真后的电路图焊接电路。3、测试实验内容 2的滤波器的幅频特性和相频特性，并作出相应的曲线，测量计算滤波器的品质因数并与理论值作对比。4、用扫频仪测试实验内容 1的带外衰减，及截止频率，及带内纹波。5实验思考1、分析实验内容 2中实际曲线与理论曲线差异，分析误差原因。2、思考实际滤波器设计难点及原因。附：描点作图，数据分析软件推荐：origin8.0其他滤波器设计软件推荐：TI 的滤波器设计软件：FilterProLinear 公司的：FilterCAD
