语音滤波器Word文档格式.doc
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（一）设计目的
1、学习有源滤波电路的设计方法；
2、掌握二阶RC有源滤波器性能参数的测试技术。
（二）设计要求和技术指标
1、技术指标：
截止频率，，，阻带衰减速率为
2、设计要求
（1）设计一个能满足要求的二阶有源滤波电路；
（2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图（选做）；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；
（4）在万能板或面包板或PCB板上安装好电路并调试；
（5）测量滤波器的性能参数：
截止频率、带内增益和阻带衰减速率；
（6）对电路仿真，并打印出幅频特性和相频特性曲线；
3、设计扩展要求
（1）能对信号进行频谱分析和失真分析；
（2）能对失真度进行测量。
目录
第一章：
引言……………………………………………………………………1
1.1.滤波器的概况………………………………………………………………1
1.2.滤波器的发展和应用………………………………………………………1
1.3.滤波器的性能参数和传输函数介绍………………………………………2
第二章：
滤波器的方案设计与论证………………………………………………5
2.1.滤波器的设计方案…………………………………………………………5
2.2.原理电路图及参数计算……………………………………………………6
2.2.1低通部分………………………………………………………………6
2.2.2高通部分………………………………………………………………9
2.3原理电路图设计……………………………………………………………11
第三章：
NIMultisim仿真………………………………………………………12
3.1.NIMultisim的简介…………………………………………………………12
3.2.仿真图及参数测试…………………………………………………………12
3.3.数据分析……………………………………………………………………15
第四章：
测试验证与分析…………………………………………………………17
4.1实验室测试波形……………………………………………………………17
4.2误差分析……………………………………………………………………17
第五章：
结束语……………………………………………………………………18
第六章：
参考文献…………………………………………………………………19
附录1.设计元件及工具清单……………………………………………………20
附录2.滤波电路原理图……………………………………………………………21
附录3.连接实物图…………………………………………………………………22
第一章引言
1.1.滤波器的概况
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。
在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。
广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。
因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。
因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。
本课题所述内容属于模拟滤波范围。
主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。
尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。
1.2.滤波器的发展和应用
滤波器在数值信号处理中有广泛的应用，为此我们将滤波器作简单介绍，达到抛砖引玉的作用。
若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么，该滤波器的冲击响应（或滤波因子）也必然是离散的，我们称这样的滤波器为数字滤波器（digital
filter，df）。
当用硬件实现一个df时，所需的元件是延迟器、乘法器和加法器。
当在计算机上用软件实现时，它就是一段线性褶积（或卷积）的程序。
我们知道，模拟滤波器（analog
filter，af）只能用硬件来实现，其元器件是r，l，c及运算放大器或开关电路。
因此，df的实现要比af容易的多，而且易获得较为理想的效果。
滤波器的种类很多，分类方法也不同，如可以从功能上分，也可以从实现方法上分，或从设计方法上来分等等。
但总的来说，滤波器可以分为两大类，即经典滤波器和现代滤波器。
经典滤波器是假定输入信号x（n）中的有效信号和噪声（或干扰）信号成分各在不同的频带，当x（n）通过一个线性滤波系统后，可以将欲噪声信号成分有效地去除。
可是，如果有效信号和噪声信号的频率带相互重叠，那么经典的滤波器将无能为力。
现在的地质雷达信号处理中的滤波器主要采用经典的滤波器进行处理。
因此有时滤波效果较好，有时较差。
现代滤波理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录（又称为时间序列）中估计出信号的某些特征或信号本身。
一旦信号被估计出，那么估计出的信号将比原信号会有高的信噪比。
现代滤波器把信号和噪声都视为随机信号，利用它们的统计特征（如自相关函数、功率谱函数等等）导出一套最佳的估值算法，然后用硬件和软件实现。
目前现代滤波器主要有：
维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适应滤波器等，很多专家将基于特征分解的频率估计及奇异值分解算法都归入现代滤波器的范畴。
gr雷达信号处理分析系统中的信号分析中的滑动平均谱和常规处理中的反褶积运算采用了现代处理的部分功能。
目前gr雷达信号处理分析系统开发人员目前仍在摸索和试算现代滤波器处理的各种算法，我想在不久的将来，必将推出在地质雷达中应用中效果极佳的现代滤波器。
1.3滤波器的性能参数和传输函数介绍
由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器。
其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。
根据对频率范围的选择的不同，可分为低通、高通、帯通与带阻等四种滤波器，它们的幅频特性如图1-1所示。
图1-1滤波器的幅频特性
（a）低通（b）高通（c）带通（d）带阻
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。
常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦效应和切比雪夫等波动响应（如图1-2）。
表1-1列出了二阶RC有源滤波器的传输函数,它们的幅频特性如图1-1所示.
图1-2巴特沃斯响应与切比雪夫响应比较
（a）巴特沃斯幅频特性（b）巴特沃斯相频特性
（c）切比雪夫幅频特性（d）切比雪夫相频特性
表1-1二阶RC滤波器传输特性
类型
传输函数
性能参数
低通
Av—通带内的电压增益
Wc—低、高通滤波器的中心角频
Q—品质因素，
（当BW<
<
w0时）
BW—带通、带阻滤波器的宽度
高通
带通
带阻
实现表1-1所示传输函数的常用电路有电压控制电压源电路和无限增益多路反馈电路。
图1-3所示电路为压控电压源电路，其中运算放大器为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称为电压控制电压源电路。
图1-4所示电路为其中运算放大器为反相输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反相输入端可视为虚地，输出端通过C2、R3形成两条反馈支路，故称为无限增益多路反馈电路。
图1-3压控电压源（VCVS）电路图1-4无限增益多路反馈（MFB）电路
第二章滤波器的方案设计与论证
2.1滤波器的设计方案
技术指标：
截止频率，，，阻带衰减速率为
图2-2是二阶压控电压源低通滤波器的电路，其传输函数的表达式为：
（2-1）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
2-2式与表1-1所示低通滤波器传输函数的通用表达式相比较，可得滤波器性能参数的表达式：
（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）根据设计要求，要求的带宽范围很宽，其阻带的衰减速率为-40dB/10倍频程，则采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器级联，组成一个二阶带通滤波器。
将带通滤波电路看成两部分，分别求出两部分的电路元件参数；
Av所放大的倍数可以同分成两部分（各放大两倍）,所以每部分的Av都等于2；
相对应的fc大的显然为低通的截止频率。
2.2原理电路参数计算
2.2.1对低通部分
表2-1二阶低通滤波器（巴特沃沃斯响应）设计表
压控电压源（VCVS）电路
无限增益多路反馈（MFB）电路
电路形式
设计表
电路元件值
增益
1
2
6
8
1.422
1.126
0.617
0.521
3.111
2.565
1.697
1.625
5.399
2.250
2.051
2.429
5.130
10.180
16.252
开路
6.752
3.148
3.372
4.072
3.292
4.977
4.723
16.012
23.602
0.2C
0.15C
0.05C
0.033C
0.33C
C
2C
电阻为参数K=1时的值，单位为KΩ。
应用说明
增益容易调整，输入阻抗高，输出阻抗低
。
运放R1>
10（Ｒ１＋Ｒ２），输入端到地
要有一直流通路。
在ｗc处，运放的开环
增益至少应是滤波器增益的50倍。
有倒相作用，输出阻抗低。
运放的Ｒ１＞10
（R3+R1//R2）,输入端到地的直流通路已由
R2和R3完成。
同相端可接电阻Rp，减小失调。
（1）由表2-1得到二阶压控电压源低通滤波器的电路,如图2-2所表示.
（2）由图2-1截止频率fH=2000Hz，选定一定电容C的标称值C=0.
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