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1、课程设计报告设计课题： . 专业班级： . 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 姓 名：专 业：班 级：指导教师：.职 称：课程设计题目：语音滤波器的设计一、已知技术参数和设计要求：截止频率fH=3000Hz；fL=300Hz； 电压增益为10； 阻带衰减速率为-40dB/10倍频程；选定合适的模块并对所需电子电路系统的各功能模块的工作原理进行分析；对单元电路的设计计算，元件的选择，并画出整机电路图；实际电路性能指标测试结果与理论指标进行对比分析；对设计成果做出评价说明本设计特点和存在的问题，提出改进意见。二、所需仪器设备： 1直流稳压电路2函数信号发生器3双踪示波器4晶体管毫伏表5万用表三、
2、设计原理带通滤波器(BPF)能通过规定范围的频率，这个频率范围就是电路的带宽BW，滤波器的最大输出电压峰值出现在中心频率f0的频率点上。带通滤波器的带宽越窄，选择性越好，也就是电路的品质因数Q越高。电路的Q值可用公求出 Q = f0/（BW） 可见，高Q值滤波器有窄的带宽，大的输出电压；反之低Q值滤波器有较宽的带宽，势必输出电压较小。四、参考文献：电子技术基础模拟部分华中科技大学电子技术课程组编；高频电子线路张肃文主编。五、时间安排构思及收集资料（两天）根据课题的技术指标确定整体方案并进行参数设计计算（四天）根据试验条件进行全部电路安装与调试并实现基本功能（五天）总结编写课程设计报告（三天）指
3、导教师： 徐丽莎 教研室主任： 二零零九年七 月五 日注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。目 录一 概 述 6二 实验目的 10三 方案设计与论证10四 单元电路设计与参数计算12五 总原理图及元器件清单13六 参数公式14七 仿真测试与性能分析14八 结 论15九 心得体会15十 参考文献16一、 概述 1、 滤波器的功能和类型滤波器其实就是选频电路，可允许部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号受到较大抑制。信号能通过的频率范围称通频带/通带；受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称阻带；通带和阻带间的分
4、界频率称截止频率。理论上，在通带内电压增益为常数，阻带内的电压增益为零；实际上，通带和阻带间存在一定频率范围的过渡带。 从功能上分，滤波器分为低通、带通、高通、带阻等。功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器按功能分：低通、高通、带通、带阻按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶2、 模拟滤波器的传递函数与频率特性模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。经
5、分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。 模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为w的单位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，简称频率特性。频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，其幅角(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。 3、 滤波器的主要特性指标特征频率：通带截频fp=wp/(2
6、p)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。阻带截频fr=wr/(2p)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。转折频率fc=wc/(2p)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。固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。增益与衰耗滤波器在通带内的增益并非常数。对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w时的增益；带通则指中心频率处的增益。对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。通带增益变化量Kp指通带内各点增
7、益的最大变化量，如果Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。 阻尼系数与品质因数 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/w。式中的w为带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。 灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标
8、志着电路容错能力越强，稳定性也越高。群时延函数当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数d(w)/dw评价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。这次我们小组设计的3003000赫兹语音滤波器（二阶有源带通滤波器）由一级二阶低通滤波电路和一级二阶高通滤波电路串联组成。可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波器的截止角频率Wh大于高通滤波电路的截止角频率Wl。它能抑制低于300以下和高于3000的信号二、目的握系统各功能模块的基本原理；养基本掌握电路设计的基本思路和方法
9、；高学生对所学理论的知识的理解能力；高和掘学生对所学知识的实际应用能力；高学生的科技学做论文能力。三、方案设计与论证：1、方案设计：（a）原理图(b)理想的幅频响应带通滤波器电路构成示意图 （a）（b） 二阶有源高通滤波电路和一个二阶有源低通滤波电路串联而成所要求的语音滤波电路。在运放电路中的电阻不宜选择过大或太小一般为几千欧至几十千欧比较合适。因此，选择低通级电容值为0.0068Uf,高通级电容值为0.068uF。然后由 Wc=1/RC 可计算出精确的电阻值。设计二阶有源低通时选用R、C的方法。 R1=R2=R，C1=C2=C，则 由上式得知 ,Q可分别由R、C值和运放增益Auf的变化来单独
10、调整，相互影响不大，因此该设计法对要求特性保持一致较宽范围内变化的情况比较适用，但必须使用精度和稳定性均较高的元件。高通级的电路只要把低通的R和C互换即可。2、论证：在满足低通带截止频率高于高通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压滤波器的低通和高通起来可以实现带通滤波器的通带响应。用该方法构成的带通滤波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因此多用做测量信号噪声比(SN)的音频带通滤波器。四、单元电路设计与参数计算 二阶有源高通滤波电路是将低通电路中的R和C的位置互换就能得到RC高通滤波电路。 二阶有源高通滤波电路二阶有源低通滤波电路是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗
11、高，输出阻抗低。同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益。 二阶有源低通滤波电路 五、总原理图及元器件清单1总原理图 2元件清单元件序号型号主要参数数量备注A1、A2uA7412运算放大器R1 R48.24电阻R5、R74 72电阻R6、R82 72电阻C1、C20.0682电容C3、C40.00682电容六、参数公式Cl=C2=0.068f C3=C4=0.0068ffH=3000Hz Fl=300Hz f=1/T=2/T=2f =1/RC R=1/c Av=A1A2=10七、仿真测试与性能分析二阶有源滤波器不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数
12、据传输和抑制干扰等方面但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。第一仿真测试失败，可能数据存在一定错误。经过修改数据仍然有小误差。由于时间问题仿真测试不再进行。本电路从理论上讲是可以的。可以抑制低于300赫兹以下和高于3000赫兹以上的频率。理论上性能是可靠的但从实际出发我们小组仍需努力的改进数据使得数据更加的精确。性能理论上达到了实验的要求八、结论我们这次设计利用了二阶有源高通滤波电路和一个二阶有源低通滤波电路串联成所要求的语音滤波电路。在满足低通带截止频率高于高通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压滤波器的低通和高通起来可以实现带通滤波器的通带响应。重要的是本次设计法对要求特性保持一致较宽范围内变化的情况比较适用，但必须使用精度和稳定性均较高的元件。设计出来的语音滤波器基本实现了设计要求，截止频率300Hz3000Hz；电压增益基本符合；阻带衰减速率也基本上吻合设计要求。九、心得体会通
