信号与系统课程设计(华中科技大学)

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1、华中科技大学《信号与系统》课程设计报告滤波器的设计与实现学号___________________姓名___________________专业___________________班级___________________指导教师___________________院系___________________实验目的滤波电路是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的一种电子装置。工程上常常用它来进行信号的处理，数据传输和抑制干扰等，本实验旨在设计简单的低通，高通，带通等滤波电路，并用仿真软件进行仿真。实验内容1.低通滤波电

2、路如图所示为低通滤波电路，其由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。其中同相放大电路的电压增益就是低通滤波电路的通带电压增益，即：A0=AVF=1+(AVF-1)R1/R1于是对低通滤波电路有:解这个方程组得：用S=jw带入，可以得到传递函数的频率响应当Q取一系列不同的值时，可以获得一簇的幅频响应曲线。如下图所示：其中WC=1/RC,随着选择的RC不同可以获得不通的低通滤波器。2．高通滤波电路如下图所示，为高通滤波电路，其本质上是在原有的基础上将电阻和电容相互调换，便构成了高通滤波电路。其传递函数为

3、：将其与低通滤波电路的传递函数相比较可以看出，两者的差距仅仅在于S和WC的位置发生了对调。其归一化幅频响应为：由此可得高通滤波电路的幅频特性曲线如下图所示：3.带通滤波电路将一个低通滤波电路和一个高通滤波电路相串联就组成了一个带通滤波电路，电路图如下图所示：其中有WH=1/R1C1为低通截至角频率，WL=1/R2C2为高通截至角频率，且两者之间必须满足WL

4、电路的通带宽度BW=f0/Q，说明带宽BW与Q值成反比。滤波电路的设计与实验仿真设计滤波电路时一般应该考虑三个问题：（1）对所用运放的技术参数应当有适当的要求（如增益带宽积，输入阻抗，转换速率等等一系列条件）（2）滤波电路所选用的元器件应当尽可能的少，同时数值不宜太过分散，如果电路要求比较精细，应当提出容差要求。（3）滤波电路必须是便于调整的。1.设计一截止频率为100Hz的低通滤波电路（1）选择运放为了减少运放对滤波电路的负载效应，同时也为了便于调整电路现选用LF412，这是一种用JFET作为输入级的低失调，高输入阻抗运放，其每一

5、片含有两片运放，其中IIB约为60pA，VIO约为1.5mA,SR约为15V/ms,单位增益带宽积为5.5MHz，预计LF412能够满足设计要求。（2）选择电容器的容量并计算出各个电阻的电阻值电容器的容量宜在微法数量级以下，电阻器的阻值一般应该在几百千欧以内较为合适现选择C1=C2=C3=C4=C=0.33mF，又由式子Wc=1/RC可以计算出各个相关电阻值，R1=R2=R3=R4=1/2πfcC=4.8kΩ,所以选R=4.7kΩ标准电阻。选择R5、R6、R7、R8时，为了减少偏置电流的影响，应尽可能的使加到运放同相端对地的直流电阻

6、与加到反向端的对地直流电阻相等，由于两运放的增益分别为AVF1=1.152，AVF2=2.235，我们可以选取R5为62kΩ,R8为20kΩ,则可由增益计算公式得出R6取9.42kΩ,R7取24.7kΩ.（1）在仿真软件上画出电路图，之后进行仿真操作，如下截图所示：幅频响应曲线如下图：由图中可以看出，其截止频率约在100Hz左右，符合计要求。相频特性曲线如下图：1.设计一截止频率为100Hz的高通滤波电路由于高通滤波器其本质上只是将低通滤波电路对应的R和C相互调换，所以可以在低通滤波电路的基础上做适当变动即可，电路图截图及仿真幅频，

7、相频响应波特图截图如下：从幅频特性曲线可以看出其截止频率在100Hz左右，符合要求。相频特性曲线如下：1.设计一带通滤波电路将一个低通滤波电路和一个高通滤波电路串联起来，只要满足低通截止频率大于高通截止频率，即可以构成一个简单的带通滤波电路，如下所示，选取R0=4.7kΩ,R2=R0,R1=2R0,R3=62kΩ,R4=9.42kΩ,C1=C2=0.33uF,运放选择LF412.电路图如下所示：带通滤波电路的幅频响应曲线如下所示：由上面两幅图可以看出，此带通滤波电路的低通截止频率约为100kHz，其高通截止频率约为100Hz。相频响

8、应曲线如下图所示：心得与体会滤波电路人们的日常生活中扮演着重要的角色，其广泛的用于信号的相关处理和抑制干扰等方面，由RC构成的有源滤波电路有着许多的优点，例如体积小，输出阻抗低，不需要使用电感元件等，但其也存在一定的缺陷，例如构成滤波