高通滤波器设计及仿真

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DSP课程设计-FIR高通滤波器设计

DSP课程设计-FIR高通滤波器设计

FIR高通滤波器设计南京师范大学物科院从实现方法方面考虑,将滤波器分为两种,一种是IIR滤波器,另一种是FIR 滤波器.FIRDF的最大优点是可以实现线性相位滤波。

而IIRDF主要对幅频特性进行逼近,相频特性会存在不同程度的非线性。

我们知道,无失真传输与滤波处理的条件是,在信号的有效频谱范围内系统幅频响应应为常数,相频响应为频率的线性函数。

另外,FIR是全零点滤波器,硬件和软件实现结构简单,不用考虑稳定性问题。

所以,FIRDF是一种很重要的滤波器,在数字信号处理领域得到广泛应用。

FIRDF设计方法主要分为两类:第一类是基于逼近理想滤波器特性的方法,包括窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法;第二类是最优设计法。

其中窗函数计法的基本思想是用FIRDF逼近希望的滤波特性。

本次设计主要采用窗函数设计法,对理想滤波器进行逼近,从而实现高通滤波器的设计。

在MATLAB软件中,有一系列函数用于设计滤波器,应用时十分方便。

因此,在本次设计中,滤波器的设计主要采用MATLAB软件,编写适当的程序,得到滤波器的单位脉冲响应。

本设计对滤波器的硬件仿真主要使用CCS软件,通过对滤波器的硬件仿真,可以较为真实的看出滤波器的滤波效果。

关键字:高通、FIRDF、线性相位、Hanning窗、MATLAB、CCS1.设计目标产生一个多频信号,设计一个高通滤波器消除其中的低频成分,通过CCS的graph view 波形和频谱显示,并和MATLAB计算结果比较2.设计原理2.1数字滤波器数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。

其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。

由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器已可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实时实现。

数字滤波器广泛用于数字信号处理中,如电视、VCD、音响等。

按照滤波电路的工作频带为其命名:设截止频率为fp,频率低于fp的信号可以通过,高于fp的信号被衰减的电路称为低通滤波器,频率高于fp的信号可以通过,低于fp的信号被衰减的电路称为高通滤波器;而带通吗,就是频率介于低频段截止频率和高频段截止频率的信号可以通过的电路。

高通滤波器分析及其仿真

高通滤波器分析及其仿真

0 引 言
高通滤波器是对输人信号的频率具有选择性的 个二端 口网络 , 它允许输入信号 中高于某频率 的 信号通过 , 而衰减或抑制 小于此频率 的信号。T — H

有两个 极点 p : 1 ・ 二


o. 8 ×1 , 3 0 p:=

二 =22l其 极 在 平 的 专 一6 0 零 点 s面 一 .× ,
2 1 年第B 01 期
中图分类号 :N 0 T T2 文献标识码 : A 文章编号 :09— 5 2 2 1 )8- 0 9—0 10 25 (0 1 0 0 2 3
高通 滤 波器 分 析 及 其仿 真
郗艳 华 ,张玉 叶
( 阳师范学院物理与电子工程学院 , 阳 7 20 ) 咸 咸 10 0
An l ss a d sm u a i n o i h— a s fle a y i n i l to n h g p s t r i
XIYa . u n h a.ZHANG . e Yu y
(S ao f h s sa dEeto i n ier g X a y n r l iest, a y 10 0 C ia do l yi n l rnc E g ei , in a gNomo vri Xin a g7 2 0 , hn ) oP c c s n n Un y
图 1 无源高通滤波器 图 2 无源高通网络 S 平面分析
l m k Oh P2 P 1 0


0 =
1 1 S平 面的 几何分 析 .
1 无 源 高 通 滤 波器
图1 所示为无源高通滤波器 的电路 , 其系统 函
数 =
由于其极点都在做半 开平 面, 以该系统 的频 所 率响应函数为 :

高通滤波器的设计方法

高通滤波器的设计方法

高通滤波器的设计方法在电子领域中,滤波器是一种常用的电路元件,用于对信号进行频率的选择性调节。

高通滤波器是一种能够通过的是高频信号而抑制低频信号的滤波器,适用于许多通信系统和音频设备中。

设计高通滤波器的方法需要考虑到信号的频率特性以及具体应用需求,下面将介绍一些常见的高通滤波器设计方法。

一阶高通滤波器设计一阶高通滤波器是最简单的高通滤波器之一,它由一个电阻和一个电容组成。

根据RC电路的特性,可以通过选择合适的电阻和电容数值来确定高通滤波器的截止频率。

一阶高通滤波器的频率响应特性是一条斜率为20dB/dec的直线,在截止频率处有-3dB的衰减。

设计一阶高通滤波器时,需要根据截止频率需求选择合适的电阻和电容数值。

二阶高通滤波器设计相比一阶高通滤波器,二阶高通滤波器具有更陡的斜率和更好的截止频率特性。

常见的二阶高通滤波器包括梯形结构和双T结构等。

梯形结构由两个RC串联单元和一个电容并联单元组成,可以实现更陡的斜率和更好的超通带特性;而双T结构则由两个RC并联单元和一个电容串联单元组成,具有更好的阻带特性。

设计二阶高通滤波器时需要根据具体应用需求选择合适的结构和元件数值。

洛特克线圈高通滤波器设计除了基于电阻和电容的RC滤波器外,洛特克线圈也可以用于设计高通滤波器。

洛特克线圈高通滤波器通常由一个电感和一个电容组成,通过改变电感和电容的数值可以调节滤波器的截止频率和特性。

洛特克线圈高通滤波器适用于需要更高阶滤波特性和更好阻带衰减的场合,但相应地需要更多的电路元件和设计复杂度。

数字滤波器设计方法随着数字信号处理技术的发展,数字滤波器也成为设计高通滤波器的重要方法之一。

数字滤波器可以通过算法和程序实现高通滤波器的功能,具有设计灵活、易于调节和精确控制的优点。

常见的数字滤波器设计方法包括FIR滤波器和IIR滤波器,通过选择合适的滤波器结构和系数可以实现不同的滤波特性。

综上所述,设计高通滤波器的方法有多种多样,每种方法都有其适用的场合和特点。

高通滤波器设计

高通滤波器设计

高通滤波器设计
高通滤波器是一种信号处理器件,可用于去除输入信号中
较低频率的成分,只保留高频信号。

在设计高通滤波器时,需要确定以下几个方面的参数和要求:
1. 截止频率(Cut-off Frequency):这是高通滤波器滤除低频信号的频率。

截止频率决定了滤波器对信号的影响程度。

2. 通带增益(Passband Gn):这是在截止频率之上的频
率范围内,滤波器允许通过的信号增益。

通常设置为1(也称为0 dB增益)。

3. 阻带增益(Stopband Gn):这是在截止频率之下的频
率范围内,滤波器减弱或阻止的信号增益。

通常设置为0 dB(也称为1)。

常见的高通滤波器设计方法包括:
1. RC高通滤波器:使用电容和电阻组成的简单高通滤波器,可以通过选择合适的元件值来调整截止频率。

2. LC高通滤波器:使用电感和电容组成的高通滤波器,具有更好的频率选择特性。

可以通过选择合适的元件值来调
整截止频率。

3. 派对高通滤波器:这是一种高阶高通滤波器设计方法,
它使用多个电容和电感来实现更陡峭的滤波特性和更高的
选择性。

4. 数字高通滤波器:基于数字信号处理算法的高通滤波器
设计方法,可以使用数字滤波器设计工具来实现。

根据具体的设计要求和参数,选择适当的高通滤波器设计
方法,并进行元件值的计算或选择,以实现所需的滤波性能。

高通滤波器设计及仿真

高通滤波器设计及仿真

信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书(2013/2014学年第二学期)题目:高通滤波器系统仿真及设计专业班级:通信工程班目录第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图,实物图, 参数计算及仿真 --------------------------2第二章高通滤波器---------------------------------------------------6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真,仿真结果,实物图,实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14第一章文氏桥振荡器1.1 振荡器的设计及要求(1)设计任务:根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器。

一阶有源运放高通滤波器仿真multisim

一阶有源运放高通滤波器仿真multisim

一阶有源运放高通滤波器仿真multisim
在Multisim软件中仿真一阶有源运放高通滤波器可以按照以下步骤进行:
1.打开Multisim软件,并选择“新建”开始一个新的电路设计。

2.在组件库中找到并添加所需的元件,包括一个有源运放、电阻和电容。

3.连接电阻和电容以形成一个一阶高通滤波器的RC网络。

4.将有源运放与RC网络连接,确保输入连接到运放的非反馈输入端,输出连接到运放的输出端。

同时,将运放与电阻连接以形成负反馈。

5.设置电容和电阻的合适数值,以满足所需的滤波器截止频率。

6.为了进行仿真操作,添加一个信号源以提供输入信号。

可以选择一个交流电压源作为输入信号源。

7.添加一个示波器来查看输出信号。

8.进行仿真,观察输入信号和输出信号的频率响应。

9.对于进一步的优化和调整,可以更改电路中的元件值,以实现所需的滤波器特性。

请注意,在实际设计和应用中,还需要考虑其他因素,如功耗、稳定性等。

以上步骤可以作为一个起点,进行基本的滤波器设计和仿真。

二阶高通滤波器的设计

二阶高通滤波器的设计

二阶高通滤波器的设计二阶高通滤波器是一种常用的滤波器,可以去除信号中低频成分,保留高频成分。

设计一个高通滤波器,主要需要确定滤波器的截止频率和滤波器的类型。

在设计过程中,可以使用滤波器的电路图进行分析和计算,并使用软件工具进行模拟和验证。

一、滤波器的类型常见的二阶高通滤波器类型有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和Bessel滤波器等。

每种滤波器都有不同的特点和应用。

在选择滤波器类型时,需要根据具体的需求和性能要求进行权衡和选择。

二、滤波器的截止频率滤波器的截止频率是指滤波器开始对信号进行滤波的频率。

在设计二阶高通滤波器时,可以根据具体的需求和信号特性来确定截止频率。

截止频率的选择通常涉及信号频谱分析和滤波器性能评估。

三、滤波器电路设计在设计滤波器电路时,可以选择多种电路结构,常见的有Sallen-Key电路、多项式电路、双有源RC电路等。

这些电路有不同的特点和性能,在设计时需要根据滤波器类型和截止频率进行选择。

四、滤波器参数计算在确定滤波器电路结构后,需要计算电路中各个元器件的数值,包括电容、电阻和放大器增益等。

可以使用传统的电路分析方法,如Kirchhoff电流和电压法进行计算。

也可以使用现代的电路仿真软件进行模拟和参数优化。

五、滤波器性能评估完成滤波器的设计和电路计算后,需要对设计的滤波器进行性能评估。

可以使用电路仿真软件进行波形分析和频谱分析,以验证滤波器的设计是否满足要求。

还可以进行实际电路实现和实测,对滤波器的性能进行验证。

六、设计优化及改进通过性能评估,如果发现滤波器的性能不理想,可以对设计进行优化和改进。

可以尝试调整滤波器电路中的元器件数值,或选择其他适合的滤波器类型和结构。

优化设计可以根据具体的需求和应用场景来进行。

总结:设计二阶高通滤波器需要确定滤波器的类型和截止频率,选择合适的电路结构,进行电路参数计算和性能评估,并进行优化和改进。

设计过程可以通过传统的电路分析方法和现代的电路仿真软件来完成。

基于Multisim的高通滤波器的设计与仿真分析

基于Multisim的高通滤波器的设计与仿真分析
曾 凡, 黄 娟, 李 勇峰 ,张伟敬
( 西 藏 大 学 工 学 院 ,西 藏 拉 萨 8 5 0 0 0 0 ) 摘 要 :高通 滤 波 为 实现 高 频信 号 能 正 常通 过 。 而低于设定临界值的低频信号则被 阻隔、 减 弱 。但 是 阻 隔 、 减 弱 的 幅 度 则会 依 据 不 同 的频 率 以及 不 同的 滤 波 程 序 而 改 变。 文 中阐 述 了对 电 压 转移 函数 推 导分 析 及 电路 性 能 的要 求 , 并利 用

U ( s )
” ”
对 系数进行分析设 定 b 0 = l , 并令 k = l , 2 , …… , 则 各 项 系 数 可 采用 下 式 求 得 :
吼: 2 s i n , b k = l ( 3 )
以 仅 输 出 所 需 要 补 的高 次谐 波 电 流 ,不 输 出 基 波 无 功 功 率 ,
Mu l t i s i m 仿 真软 件 对 其 频 幅特 性 的 分 析 进 行 。 关键 词 :高 通 滤 波 ; M u h i s i m; 频 幅 特 性 中 图分 类 号 : T N 7 1 3 文献标识码 : A 文章 编 号 :1 6 7 4 — 6 2 3 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 1 0 8 — 0 3
De s i g n a n d s i mul a t i o n o f a hi g h- pa s s il f t e r b se a d o n Mu lt i s i m
Z E N G F a n , H U A N G J u a n , L I Y o n g - f e n g , Z HA N G We i - j i n g
( S c h o o l o f E n g i n e e r i n g , T i b e t U n i v e r s i t y , L h a s a 8 5 0 0 0 0 , C h i n a )
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信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书(2013/2014学年第二学期)题目:高通滤波器系统仿真及设计专业班级:通信工程班目录第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图,实物图, 参数计算及仿真 --------------------------2第二章高通滤波器---------------------------------------------------6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真,仿真结果,实物图,实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14第一章文氏桥振荡器1.1 振荡器的设计及要求(1)设计任务:根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器。

(2)设计要求:文氏桥正弦波振荡器频率可调(频率500~10KHZ,振幅0.5~4V),能满足该滤波系统所要求的频率范围和幅度。

1.2 系统工作原理该电路由三部分组成:作为基本放大器的运放;具有选频功能的正反馈网络;具有稳幅功能的负反馈网络。

文氏桥振荡器原理图如下图1所示:图1 文氏桥振荡器原理图从电路构成看,电路有两个“桥臂”构成,R1,R F构成负反馈桥臂,并联RC 网络和串联RC网络再串联构成正反馈桥臂,即文氏桥振荡器既有正反馈也有负反馈。

负反馈增益:A1=1+R F/R1 (1-a) 正反馈增益A2(jf)=1/(3+j(f/f0-f0/f)) (1-b) 总增益A(jf)=A1×A2(jf)= (1+R F/R1)/(3+j(f/f0-f0/f)) (1-c)先定性分析:上式中f0=12пRC频率无穷低时,即f趋于0时,f/f0趋于无穷大,总增益趋于零。

频率无穷高时,即f趋于∞时,f/f0趋于无穷大,总增益趋于零。

直观判断,是一个带通网络,事实上,的确如此,并且增益的峰值出现在f=f0,此时A(jf)=(1+R F/R1)/3即:A(jf)是实数,也就是说,频率为f0的信号经过环路一周后,其相移为0。

R F/R1的值不同时,电路出现下述三种情况:(1) A<1时,假如电路有一个扰动,扰动每经过环路一次,信号被衰减,负反馈占“上风”,电路是稳定系统,最终扰动趋于零。

(2) A>1时,假如电路有一个扰动,扰动每经过环路一次,信号被放大,正反馈占“上风”,电路是不稳定系统,出现幅度不断增大的震荡。

(3) A=1时,负反馈与正反馈“旗鼓相当”,电路为中性的稳定状态,出现扰动时,频率为f0的信号分量维持原有大小,无限持续下去。

显然,上述电路还会有问题,首先,实际不可能做到A=1,其次,振荡器的输出幅值不可控,为此,最好开始时,振荡幅值足够大之前,A>1,震荡幅值达到预定的幅值之后,A=1,显然,这样的电路,需要加入一些非线性环节。

如图2所示图2 加非线性系统的文氏桥振荡器原理图1.3电路设计原理图,实物图, 参数计算及仿真1.3.1 电路设计原理图(仿真图)如图3所示图3 文氏桥振荡器仿真电路图1.3.2参数计算(1)电路震荡频率计算: f=1/2πRC (1-d)起振条件:Rf/Ri>=2 其中 Rf=Rw+R2+R3/Rd 由其电路元件特性R=10kC=33nf产生自激震荡,微弱的信号 1/RC 经过放大,通过反馈的选频网络,使输出越来越大,最后经过电路中非线性器件的限制,使震荡幅度稳定了下来,刚开始时Av=1+Rf/Ri >3。

平衡时 Av=3。

(2)在实物焊接中采用同轴电位器,固定电容的值,通过转动同轴电位器同时改变两个电阻的值,从而改变文氏桥振荡器的输出频率。

(3)再者就是振荡器的起振时间,电阻R5确定起振时间,其值越大,起振时间越短,其值越小,震荡时间越长。

(4)直流电源电源的选取:选择实验室提供的正负5V电源,可以满足集成块的性能指标,输出在一定范围内可以满足,但是如果输出很大时,就会出现失真。

严重影响测试结果。

1.3.3仿真结果示波器仿真输出波形图如图4所示:图4 示波器仿真输出波形(1) 从示波器输出波形可以看出振荡器可以输出稳定的正炫波信号,且无明显失真,观察幅值可以得出振荡器可以输出约为1.6V的电压,在输出电压峰值范围内,想得到任意值得电压,可以在输出端加一个电位器实现分压的作用,从而得到规定的电压值。

(2) 文氏电桥振荡器的优点是:不仅振荡较稳定,波形良好,而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。

(3) 加入非线性环节后,负反馈网络原来的反馈电阻可能取的值将比不加非线性环节时小一些,输出信号也有可能取到比原来更小的幅值。

如果非线性环节由二极管和电阻并联组成,那么无论是调节非线性环节的电阻,还是调节负反馈网络中的其他电阻,都可以让输出波形的幅值变大。

通过负反馈网络调节输出信号幅值的过程中,非线性环节中的电阻由于受到并联二极管的动态电阻的制约,在其阻值足够高时将失去对输出信号的调节作用。

(4)调节负反馈网络中与非线性环节并联的其他反馈电阻,将会使输出信号的幅值产生比较明显的变化。

1.3.4实测示波器输出波形文氏桥振荡器示波器输出波形如图5所示:图5 实测示波器输出波形图1.3.5振荡器实物图文氏桥振荡器实物图如图6所示:图6 文氏桥振荡器焊接实物图第二章高通滤波器2.1实际滤波器的基本参数理想滤波器是不存在的,在实际滤波器的幅频特性图中,通带和阻带之间应没有严格的界限。

在通带和阻带之间存在一个过渡带,在过渡带内的频率成分不会被完全抑制,只会受到不同程度的衰减。

当然,希望过渡带越窄越好,也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。

因此,在设计实际滤波器时,总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。

理想滤波器的特性只需用截止频率描述,而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点,故需用更多参数来描述。

纹波幅度d:在一定频率范围内,实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化,其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比,越小越好,一般应远小于-3dB。

截止频率f0:是高通滤波器通带与阻带的界限频率。

幅频特性值等于0.7070A0所对应的频率称为滤波器的3dB截止频率。

以A0为参考值,0.7070A对应于-3dB点,即相对于A0衰减3dB带宽B和品质因数Q值:上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽,或-3dB带宽,单位为Hz。

带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。

在电工学中,通常用Q代表谐振回路的品质因数。

品质因数,它的大小影响高通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。

在二阶振荡环节中,Q值相当于谐振点的幅值增益系数,Q=0.5ξ(ξ--阻尼率)。

对于带通滤波器,通常把中心频率f0和带宽B之比称为滤波器的品质因数Q。

例如一个中心频率为500Hz 的滤波器,若其中-3dB带宽为10Hz,则称其Q值为50。

Q值越大,表明滤波器频率分辨力越高。

滤波器的截止频率用来说明电路频率特性指标的特殊频率。

当保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍,或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。

在高频端和低频端各有一个截止频率,分别称为上截止频率和下截止频率。

dB的计算公式是20*log10(x),x为信号某一个频率上的幅值。

用滤波器去测试其截止频率,保持电路输入信号的幅度不变,改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍,所测值为其截止频率。

滤波器的带宽为两个截止频率之间的频率范围,又称为通频带2.2滤波器设计目的(1) 了解高通滤波器的组成及原理(2) 掌握元器件参数的选择,学会焊接电路板(3) 熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法(4) 学会使用multisim仿真2.3设计要求(1)下限截止频率为1.6Khz;(2)增益A v=2~5;2.4系统的设计方案图(a)是一个二阶高通滤波器。

图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波器电路,为了提高它的滤波性能和带负载的能力,将该无源网络接入由运放组成的放大电路,组成二阶有源RC高通滤波器。

高通滤波电路的传递函数为:2.5系统工作原理二阶有源高通滤波电路如上图(a)所示,由图可见,它是有两节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。

二阶有源高通滤波器(1)截止频率的计算f=1(2-2пRCa)(2)增益的计算A up=1+R f/R1 (2-b)| (2-(3)品质因数的计算Q=|13−A upc)由此可画出其幅频响应曲线,如上图(b)2.6滤波器设计仿真,仿真结果,实物图,实测结果2.6.1滤波器设计仿真①仿真电路图如图7所示:图7 高通滤波器仿真电路图②参数选择(1)电阻R和电容C决定下限截止频率,通过f=1/2пRC我们选择R=3.2KC=33nF,计算得到下限截止频率为1507hz。

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