语音滤波器设计

长沙学院课程设计说明书

题目语音信号滤波器的设计

系(部) 电信系

专业(班级) 电气工程及其自动化

姓名

学号

指导教师

起止日期2012.12.10-2012.12.16

设计任务

（一）设计目的

模拟电子技术课程设计是一门独立设课、有独立学分的实践性课程，同“模拟电子技术”理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在“模拟电子技术实验”课的基础上，进一步深化的实践环节。其主要目的是通过本课程，培养、启发学生的创造性思维，进一步理解电子系统的概念，掌握小型模拟电子系统的设计方法，掌握小型模拟系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能，基本任务是设计一个小型模拟电子系统。

（二）设计要求和技术指标

1、技术指标：

截止频率Hz f H 2000=，Hz f L 200=，4=V A ，阻带衰减速率为倍频10/40dB - 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；

（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V A 和阻带衰减速率； （6） 用EWB 对电路仿真，并打印出幅频特性和相频特性曲线； （7） 拟定测试方案和设计步骤； （8） 写出设计性报告。

（三）设计提示

1、电路可采用一级二阶低通与一级二阶高通滤波电路级联；

（四）设计报告要求

1、选定设计方案；

2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；

3、列出测试数据表格。

（五）设计总结

1、总结有源滤波器的设计方法和运用到的主要知识点；

2、总结有源滤波器性能参数的测试方法。

长沙学院课程设计鉴定表

目录

第1章绪论................................................... - 0 -

1.1滤波器简介.............................................. - 0 -

1.2 本人工作............................................... - 1 - 第2章滤波器的传输函数与性能参数 ................. 错误!未定义书签。

2．1 滤波器的传输性能参数 .................................. - 2 -

2.2滤波器的设计方案选择.................................... - 4 -

2.3 原理电路参数计算 ....................................... - 5 -

2.3.1对低通部分.......................................... - 5 -

2.3.2对高通部分.......................................... - 8 -

2.4原理电路设计选择........................................ - 9 - 第3章 NI MULTISIM仿真....................................... - 10 -

3.1 NI Multisim软件简介................................... - 10 -

3.2 NIMultisim仿真参数测试................................ - 10 -

3．3 测量数据及分析 ....................................... - 13 - 第4章结束语..................................... 错误!未定义书签。第5章参考文献.............................................. - 15 -

第1章绪论

1.1滤波器简介

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。

我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。

在无线电通信、非电量及微弱信号检测、电视接收机、自动控制等电路中，所能接收到的信号通常都是很微弱的，且其中还湿杂有无用或有害的信号，这对电路的正常工作将会造成影响。为了消除这种影响，就需要用滤波器，便有用信号频率能比较顺利地通过，而将无用及有害的信号滤掉，或让它们受到较大的衰减。用电感器和电容器所组成的滤波器属无源滤波器，具有成本低、电路简单的特点。按工作频率的范围，可分为低通滤波器、高通滤波器及带通滤波器。低通滤波器只有低频信号能通过而高频信号不能通过;高通滤波器只有高频信号能通

过而低频信号不能通过;带通滤波器只有某一个通频带范围内的信号能通过，而在此之外的其他频率的信号不能通过。

滤波器有各种不同的分类，一般有如下几种。（1）按处理信号类型分类---按处理信号类型分类，可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。当然，每个分类又可继续分下去，总之，它们的分类可以形成一个树形结构。实际上有些滤波器很难归于哪一类，例如开关电容滤波器既可属于取样模拟滤波器，又可属于混合滤波器，还可属于有源滤波器。因此，我们不必苛求这种“精确”分类，只是让人们了解滤波器的大体类型，有个总体概念就行了。（2）按选择物理量分类；按选择物理量分类，滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择（例如PCM制中的话路信号）和信息选择（例如匹配滤波器）等四类滤波器。（3）按频率通带范围分类；按频率通带范围分类，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。

1.2 本人工作

（1）了解滤波器的基本电路的性质与基本性能；

（2）选定语音滤波器的设计电路及基本元器件的系数及选定；

（3）运用仿真软件对设计电路进行仿真测试，并对相关系数进行误差分析，找出误差原因，并进行改进；

第2章滤波器的传输函数与性能参数

2．1 滤波器的传输性能参数

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2-1所示。

.

图2-1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2-2）。表2-1 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2-1所示.

图2-2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2-1二阶RC 滤波器的传输特性 类 型

传输函数

性能参数

低 通

2

22

)(c c

c v s Q

s A s A ωωω++

=

A v —通带内的电压增益

W c —低、高通滤波器的中心角频

Q —品质因素，f

f BW

Q o

?=

≈

ω （当BW<

高 通

22

2

)(c

c

v s Q

s s

A s A ωω++

=

带 通

2

2)(o

o

v

s Q

s s

Q

A s A ωωωο

++

=

带 阻

22

22

)()(o

o

o

v S s Q

s s A A ωωω++

+=