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1、实验二 滤波器的计算机辅助设计 一、实验目的 1、 了解有源滤波器的三种逼近方式的特征； 2、学会使用 FilterLab 软件进行有源滤波器的设计。 二、实验器材 1、计算机 1 台 2、FilterLab2.0 软件 1 套 三、实验原理从传感器拾取的信号中，不可避免地混杂有噪声和干扰，特别是在生物医 学信号的测量中，相对于十分微弱的有用信号，往往存在高出几个数量级的干 扰和噪声。为了保证生物医学信号测量的正确性，必须采取抗干扰和抑制噪声 的措施。信号滤波是抑制干扰和噪声的主要方法之一。其任务是保证有用信号 正常传递的情况下，将无用信号对测量的影响减到所允许的程度。如图 2.1 所 示，图
2、(a)为含有高频干扰的低频信号，利用低通滤波器可将该高频干扰去除， 得到有用的低频信号（b） 。i图 2.1以往滤波器主要采用无源元件 R、L、和 C 组成，称为无源滤波器。由于 无源滤波器体积大、损 xian 耗大，目前一般用集成运放、R、C 组成，常称为 有源滤波器。按滤波器的频率特性可以分为四种基本类型，各种滤波器的幅频 特性如图 2.2 所示。图 2.2 四种滤波器的幅频特性对于给定的滤波器，逼近其理想特性的原则有三种：对于给定的滤波器，逼近其理想特性的原则有三种：（1） 巴特沃思逼近：这种逼近原则使滤波器的幅频特性在通带内最为平 坦，并且单调变化。但这种滤波器在阻带的衰减较为缓慢，选
3、择性较差。 （2） 切比雪夫逼近：逼近的原则是允许滤波器的幅频特性在通带 内有一定的波动量 KP，所以，在电路阶数一定的情况下，其幅频特性更接近 理想的矩形。这种滤波器具有较陡的衰减特性，选择性好，且波动越 ，选 择性越好。 （3） 贝塞尔逼近：逼近的原则是使滤波器的相频特性在通带内 具有最高的线性度。这种滤波器通常用于要求信号失真小、信号频率较高的场 合。图 2.3 三种逼近方式的特征 四、实验内容 按以下滤波器的技术指标设计滤波器，并按要求记录设计结果。 1、设计一个二阶巴特沃斯低通滤波器，通带截止频率为 100Hz,通带波纹为 3dB,阻 带截止频率为 300Hz,阻带衰减为 20dB,
4、 总增益为 6dB.电路图 幅频及相频特性曲线2、设计一个二阶巴特沃斯高通滤波器，通带截止频率为 400Hz,通带波纹为 1dB,阻 带截止频率为 200Hz,阻带衰减为 40dB, 总增益为 10dB.电路图 幅频及相频特性曲线3、设计一个二阶巴特沃思带通滤波器，中心频率为 1000Hz,品质因素 Q=4, 通 带波纹为 2dB，放大倍数为 2.技术参数不变，请尝试用贝塞尔逼近原则设计该 带通滤波器，与巴特沃思带通滤波器相比，幅频特性发生了什么变化？电路图 幅频及相频特性曲线电路图 幅频及相频特性曲线4、试提高各滤波器的阶数，观察滤波器的幅频特性和相频特性发生了什么变化？五、实验总结 1、滤波器设计一般包括哪几个步骤？ 2、滤波器的阶数与幅频特性和相频特性有什么关系？ 3、在滤波器设计中，电路中电容和电阻值的选取原则是什么？
