ex18模拟原型滤波器的设计
滤波器设计PPT课件
滤波器
输出
开关电容滤波器（SCF）则直接在抽样信号下工作，不需经过 A/D、D/A变换，毫无疑问，就处理连续信号来说，这就是它比数字 滤波器优越之处。
2021
34
开关电容滤波器
有源双二阶滤波器
R1 Vi +-
R5
R2
C1
R4
-
+ A1
VBF
C2 +A2
R3 VLP
R3 + A3 -VLP
2021
35
C
1
iC (t) T C [v 1 (t) v 2 (t) ]R S C [v 1 (t) v 2 (t)]
RSC
TC C
1
CfC
2021
28
开关电容电路
开关电容能模拟成电阻，解决了模拟集成电路制造中的 一个关键问题。因为在集成电路制造过程中，电阻常常受 到容差和热漂移所困扰，而且要占据昂贵的芯片面积。
电容必然是可编程的。改变会在频谱图上使响应上移或 下移。另一方面，如果需要一个固定和稳定的特征频率 fCLK ，则可用一石英晶体振荡器来产生fCLK。
2021
33
开关电容滤波器
抽样数据系统——开关电容滤波器 开关电容滤波器（SCF）的输入和输出信号均为抽样信号。
连续
抗混叠
恢复
连续
输入
滤波器
SCF
S/H
H()
巴特沃思 贝塞尔
切比雪夫
/0
2021
7
4．滤波器的电路结构 无限增益多重反馈滤波器电路
Z2
Z5
Z1
Z4
-
A
+ Z3
（a）基本电路
C2
电子设计中常用的模拟滤波器设计方法
电子设计中常用的模拟滤波器设计方法在电子设计中，模拟滤波器是一种常用的电路元件，用于滤除信号中的特定频率成分，保留需要的信号部分。
在实际的电子设备中，模拟滤波器的设计是至关重要的，可以帮助我们实现对信号的精确控制和处理。
以下将介绍一些常用的模拟滤波器设计方法。
首先，最常见的模拟滤波器设计方法是基于滤波器的类型分类。
根据传统的分类方法，模拟滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
选择合适的滤波器类型取决于信号频率的要求，每种类型都有其特定的应用场景。
对于低通滤波器，它能够滤除高频信号，只保留低频信号。
常见的设计方法包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
这些滤波器在设计时需要确定的参数包括通带波纹、阻带衰减以及通带边缘频率等。
而高通滤波器则是滤除低频信号，只保留高频信号。
高通滤波器的设计也可以采用类似的方法，根据需要选择不同的设计方案。
带通滤波器和带阻滤波器则分别用于保留特定频率范围内的信号以及滤除特定频率范围内的信号。
这两种滤波器的设计方法也有一定的区别，需要根据具体的需求进行选择。
另外，除了传统的滤波器类型之外，数字滤波器也是一种常用的设计方法。
数字滤波器是通过数字信号处理的方式实现滤波功能，可以更加灵活地设计和调整滤波特性。
在实际应用中，数字滤波器具有较高的精度和稳定性，逐渐取代了传统的模拟滤波器。
此外，还有一种常用的设计方法是使用集成电路中的滤波器模块。
很多集成电路芯片中已经内置了各种类型的滤波器，可以直接调用并集成到设计中，大大简化了设计过程，并提高了设计的可靠性和稳定性。
总的来说，模拟滤波器设计是电子设计中的一个重要环节，不同的设计方法适用于不同的应用场景。
通过选择合适的滤波器类型，并根据具体需求进行设计和调整，可以实现对信号的精确控制和处理。
在未来的电子设计中，随着技术的发展和进步，模拟滤波器设计方法也将不断进行创新和优化，为电子设备的性能提升提供更多可能性。
滤波器设计步骤
滤波器设计步骤：1、确定滤波器阶数n；2、电路实现形式选择，传递函数的确定；3、电路中元器件的选择，包括运算放大器的选择、阻容值设置等，最后形成电路原理图；4、仿真结果（幅频特性图）及优化设计；5、调试注意事项，确定影响滤波器参数实现的关键元件。
每一种电路按照以上步骤完成设计，本周内完成！1、有源低通滤波器f c =50kHz一、最低阶数的选取主要功能参数为： 1) 带内不平坦度α1=0.5dB2) 阻带衰减α2≥40dB ，这里取45dB 3) 增益G=10 4) 通带范围50kHz使用滤波器设计软件，计算得出：若选取巴特沃斯滤波器，最低阶数为n=9；若选取切比雪夫滤波器，得到同样满足要求的切比雪夫滤波器的最低阶数为n=6。
由于高阶滤波器电路复杂，造价较高，所以在同样满足技术指标的情况下，选取滤波器的最低阶数，即n=6。
二、电路实现形式选择及传递函数的确定实现切比雪夫低通滤波器的电路有许多种，这里选择无限增益多端反馈电路（MFB ），见图1。
MFB 滤波器是一种常用的反相增益滤波器，它具有稳定好和输出阻抗低等优点。
图1 二阶MFB 低通滤波电路图2滤波器的级联如图2所示，电路由三个二阶MFB 低通滤波电路串联实现，在图1所示电路中，当f=0时，C 1和C 2均开路，所以M 点的电压为121R RU U M -= M 点的电流方程 C I I I I ++=321MI 2I 3I 1I CV 2V 1N42322111sC U R U R U U R U U MM M M ++-=- (式1)其中 M U R sCU 3121-= (式2)解式1和式2组成的联立方程，得到每个二阶MFB 低通滤波器的传递函数为3221232132112121111R R C C s R R R R R sC R R U U +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=最后得出六阶切比雪夫低通滤波器的传递函数为⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=654326546534532212321321121411111111R R C C s R R R R R sC R R R R C C s R R R R R sC R R U U98652987985781111R R C C s R R R R R sC R R +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-三、电路中元器件的选择使用滤波器设计软件，计算得出每节电路的阻值容值，如图2所示。
滤波器设计
滤波器设计滤波器是一种通过选择性地阻止或放通特定频率范围内信号的电子设备。
在许多应用中，滤波器是必不可少的，比如音频系统、通信系统、无线电接收器等。
滤波器设计的目标是根据应用需求，设计出滤波器的传递函数，以达到所需的频率响应。
滤波器设计涉及两个主要方面：滤波器类型选择和设计参数计算。
根据传递函数的特性和频率响应的形状，可以选择不同类型的滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
每种滤波器类型都具有不同的传递函数，可以满足不同的信号处理需求。
设计参数计算是滤波器设计的关键步骤。
首先，需要确定所需的阻带衰减和过渡带宽，这决定了滤波器的性能。
然后，根据这些参数，通过数学计算或使用滤波器设计工具，可以得到滤波器的阶数和各个频率参数。
在计算设计参数时，还需要考虑材料和组件的可用性和成本，以确保设计的可实现性。
设计参数计算完成后，可以开始实际的滤波器电路设计。
这可能涉及选择合适的电子元件，如电容、电感、电阻等，并将它们组合在一起以构建滤波器电路。
设计师还需要考虑电路的稳定性和可靠性，确保滤波器能够在不同环境条件下正常工作。
滤波器设计还需要进行频率响应和传递函数的测试和验证。
这可以通过使用信号发生器和频谱分析仪等仪器来完成。
测试的结果将用于评估滤波器的性能，并对设计做出必要的修改和调整。
总之，滤波器设计是一个复杂而重要的工程任务，需要综合考虑应用需求、设计参数计算、电路设计和性能验证等方面。
只有经过严谨的设计和测试，才能确保滤波器的正常运行和所需的信号处理效果。
滤波器设计是电子工程领域中的关键任务之一。
它在信号处理和通信系统中起着至关重要的作用，用于滤除噪声、改善信号质量、实现频率选择和频率响应等功能。
一个好的滤波器设计应该能够满足特定的应用需求，并具有较低的失真、高的带宽和良好的阻带衰减。
滤波器设计的第一步是选择合适的滤波器类型。
常用的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
滤波器的设计与电路模拟方法介绍
滤波器的设计与电路模拟方法介绍滤波器是电子电路中常用的一种元件，其作用是滤除或改变信号的频率特性。
在电子设备中广泛应用，包括音频设备、通信设备、无线电设备等。
本文将介绍滤波器的设计原理以及常用的电路模拟方法。
一、滤波器的设计原理滤波器的设计原理基于信号的频率特性及滤波器的频率响应特性。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
对于低通滤波器，其频率响应特性是允许低频信号通过而抑制高频信号。
在设计低通滤波器时，首先需确定截止频率。
截止频率是指信号频率被滤波器抑制的程度变为-3dB的频率点。
根据截止频率，可以选取合适的电子元件来设计低通滤波器电路，如RC电路或者RLC电路。
与低通滤波器相反，高通滤波器的频率响应特性是允许高频信号通过而抑制低频信号。
高通滤波器的设计原理与低通滤波器类似，也需要确定截止频率，并选择相应的电子元件进行设计。
带通滤波器则是同时允许一定范围内的频率通过，可以用于筛选特定频率范围内的信号。
其设计原理涉及到中心频率以及带宽的选择。
带阻滤波器，又称为陷波器或拒频器，是抑制特定频率范围内信号的滤波器。
带阻滤波器的设计原理与带通滤波器类似，同样需要选择适当的中心频率以及带宽。
二、电路模拟方法在滤波器的设计过程中，电路模拟方法是一种常用的工具。
通过电路模拟软件，可以模拟出滤波器电路的频率响应和性能表现，有助于设计者理解和优化滤波器的工作原理。
常见的电路模拟软件包括PSPICE、Multisim等。
这些软件提供了丰富的元件模型和电路分析工具，能够模拟出滤波器的频率响应特性，并可以进行参数调整和优化。
在电路模拟过程中，首先需要根据设计要求选择适当的滤波器类型，并确定所需的频率响应特性。
然后，在电路模拟软件中建立相应的电路图，选择合适的元件，并进行参数设置。
接着，通过软件进行仿真分析，并观察滤波器的频率响应曲线。
根据仿真结果，可以对滤波器进行调整和优化，直至达到设计要求。
滤波器设计技术方案(DOC)
滤波器设计技术方案(DOC)滤波器设计技术方案一、设计背景滤波器是一种能够去除信号中不需要的频率分量的电路，其在现代通信、音频、视频等领域都有广泛应用。
随着科技的不断发展，滤波器的种类、性能以及使用场景也在不断演化。
本文着眼于数字滤波器的设计，探讨数字滤波器设计技术方案。
二、设计目标本次设计旨在实现一种数字滤波器，其具有如下性能特点：1.通带范围为400Hz~4kHz，系数 Q 为2。
2.阻带范围在1kHz处带宽为400Hz，最大通带波纹为 0.1dB，最小阻带衰减为60dB。
3.设计出的数字滤波器应满足线性相位特性。
三、设计方案1.数字滤波器的类型：FIR滤波器。
由于FIR滤波器具有截止频率可控、线性相位、稳定性好、易于实现等优点，因此我们选择采用FIR滤波器进行设计。
2.数字滤波器的设计方法：窗函数法。
在数字滤波器的设计中，常见的方法有中心频率法、模拟模型转换法、窗函数法等。
窗函数法是一种常见的数字滤波器设计方法，其基本思路是将信号进行傅里叶变换后，选取一个与实际所需响应函数类似的窗函数，再将其与傅里叶变换得到的频域函数相乘，得到所需的时域函数。
3.数字滤波器选型：MATLAB工具箱。
我们选择使用MATLAB工具箱进行数字滤波器的设计。
MATLAB工具箱提供了多种窗函数以及数字滤波器的相关函数，可以帮助我们快速实现数字滤波器的设计。
四、设计流程1. 确定滤波器的通带、阻带范围以及 Q 值。
根据设计目标，我们得到滤波器的通带范围为400Hz~4kHz，系数 Q 为2。
同时，根据阻带范围在1kHz处带宽为400Hz以及最大通带波纹为 0.1dB，最小阻带衰减为60dB这两个条件，我们可以通过MATLAB工具箱计算得到所需的滤波器系数。
2. 选择窗函数。
根据设计方法，我们需要选择一个与实际所需响应函数类似的窗函数。
在实际设计中，常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等多种。
我们需要根据实际需求选择最为合适的窗函数。
01设计举例有源滤波器设计与制作
01设计举例有源滤波器设计与制作有源滤波器是一种使用有源元件（如晶体管或运算放大器等）的滤波器，它可以增加信号的幅度，改变频率响应，并且具有较低的输出阻抗。
本文将详细介绍一个有源滤波器的设计与制作过程。
首先，我们选择一个二阶巴特沃斯低通滤波器作为设计示例。
第一步是选择适当的滤波器类型。
巴特沃斯滤波器是一种常见的滤波器类型，它具有平坦的通频带响应和陡峭的阻频带响应。
在本例中，我们选择一个截止频率为1kHz的巴特沃斯低通滤波器。
第二步是确定滤波器的阶数。
阶数越高，滤波器的斜率会越陡。
在本例中，我们选择一个二阶滤波器，因为它可以提供足够的滤波效果，并且较为容易实现。
接下来，我们需要进行滤波器的电路设计。
有源滤波器的电路通常由一个有源元件（如晶体管或运算放大器）和被动元件（如电阻、电容和电感）组成。
在本例中，我们选择使用一个运算放大器作为有源元件，并结合电容和电阻来构建滤波器。
通过选择合适的电阻和电容数值，我们可以实现所需的截止频率和增益。
在电路设计中，我们需要考虑各个元件的频率特性以及它们之间的相互影响。
通过使用标准的电路设计工具，如SPICE仿真软件，我们可以模拟电路的频率响应并进行优化。
在滤波器电路设计完成后，我们需要进行电路的布局和连接。
在布局设计中，我们应注意减少元件之间的干扰和交叉耦合。
在连接电路时，我们应选择适当的导线和连接器，并确保电路的正确连接。
完成电路的布局和连接后，我们需要对电路进行测试和调试。
通过使用信号发生器和示波器，我们可以检查滤波器的频率响应和增益，并进行必要的调整。
一旦滤波器的设计和调试都完成了，我们可以进行电路的制作。
我们可以选择将电路制作在芯片上或者使用电路板来制作。
在制作电路板时，我们需要进行电路板的布线和钻孔。
通过使用专业的电路板制作设备，我们可以实现高质量的电路板制作。
完成电路板的制作后，我们可以焊接和安装所有的电子元件。
在焊接过程中，我们应注意避免过热和短路。
滤波器的设计
滤波器的设计1.低通滤波器原型滤波器是⼀个⼆端⼝⽹络。
当频率不⾼时，滤波器可以由集总元件的电感和电容构成；但当频率⾼于500MHz时，电路寄⽣参数的影响不可忽略，滤波器通常由分布参数元件构成。
低通滤波器原型是设计滤波器的基础，集总元件低通、⾼通、带通、带阻滤波器以及分布参数元件滤波器，可以根据低通滤波器原型变换⽽来。
常⽤的有通带内最平坦、通带内有等幅波纹起伏、通带和阻带内都有等幅波纹起伏、通带内有线性相位4种响应的情形，对应这4种响应的滤波器称为巴特沃斯滤波器、切⽐雪夫滤波器、椭圆函数滤波器和线性相位滤波器。
低通滤波器原型是假定源阻抗为1\Omega和截⽌频率为\omega_c=1的归⼀化设计。
滤波器的阶数N由滤波器响应的数学表⽰式确定，在低通滤波器原型中N与电感和电容的总数相同。
N值越⼤，阻带内的衰减越快。
2.滤波器的变换在低通滤波器原型中是假定源阻抗为1Ω和截⽌频率为ωc=1的归⼀化设计，为了得到实际的滤波器，必须对前⾯讨论的参数进⾏反归⼀化设计，以满⾜实际源阻抗和⼯作频率的要求。
利⽤低通滤波器原型能够变换到任意源阻抗和任意频率的低通滤波器、⾼通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，变换包括阻抗变换和频率变换2个过程。
从低通滤波器原型到低通、⾼通、带通和带阻滤波器的变换低通滤波器原型变换为低通滤波器、⾼通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器的频率变换分别为低通滤波器原型的电感变换到⾼通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器时，分别是电容元件、电感与电容的串联、电感与电容的并联。
低通滤波器原型的电容变换到⾼通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器时，分别是电感元件、电感与电容的并联、电感与电容的串联。
3.短截线滤波器⼀段终端短路或终端开路的传输线称为短截线。
采⽤短截线⽅法，将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德（Richards）变换⽤于将集总元件变换为传输线段，科洛达（Kuroda）规则可以将各滤波器元件分隔。
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数字信号处理实验
第十次实验
实验名称：模拟原型滤波器的设计
学生班级：电信
学生姓名：
学生学号：
指导教师： zgx
一、实验目的
（1）加深对模拟滤波器基本类型、特点和主要设计指标的了解（2）掌握模拟低通滤波器原型的设计方法
（3）学习MATLAB语言有关模拟原型滤波器设计的子函数的使用方法
二、实验原理
输入信号和输出信号均为连续时间信号，冲击响应也是连续的滤波器，成为模拟滤波器。
模拟滤波器从功能上可以分为低通、高通、带通、带阻以及全通滤波器。
实际使用中理想滤波器是不可能实现的，必须设计一个因果可实现的滤波器去逼近。
通常通带和阻带都允许存在一定误差容限，即通带不一定完全水平，阻带也不一定绝对衰减到零。
在通带和阻带之间允许存在一定宽度的过渡带。
三、实验任务
设计一个模拟原型低通滤波器，通带截止频率fp=6kHz，通带最大衰减Rp≦1dB，阻带截止频率fs=15kHz，阻带最小衰减As≧30dB。
要求：分别实现符合以上指标的巴特沃斯滤波器、切比雪夫一型滤波器、切比雪夫二型滤波器、椭圆滤波器，绘制幅频特性和相频特性曲线、零极点分布图，并列写传递函数表达式。
四、实验过程和结果
1.巴特沃斯滤波器：
程序清单：
得到输出：
所以 1
s 2361.3s 2361.5s 2361.5s 2361.3s 1
)s (H 02
0304050+++++=
且所求曲线：
2.切比雪夫一型滤波器：程序清单：
得到数据：
所以传递函数表达式为：
27563
.0s 74262.0s 4539.1s 95281.0s 1
)s (H 02
03040++++=
所求曲线图形：
3.切比雪夫二型滤波器：程序清单：
得到数据：
所以传递函数为：25298
.0s 81486.0s 5653.1s 7648.1s 25298.0s 25298.00.031623s )s (H 02
030402
040++++++= 且所求曲线为：
4.椭圆滤波器：程序清单：
得到数据：
所以传递函数为：56863
.0s 2459.1s 97012.0s 56863.0.14899s 0)s (H 02
0302
0++++= 且所求曲线为：
五、实验思考题
1.什么是模拟滤波器？模拟滤波器是如何分类的？什么是模拟原型滤波器？
答：1)输入信号和输出信号均为连续时间信号，冲击响应也是连续的滤波器，成为模拟滤波器。
2)模拟滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。
3)在已知的低通模拟滤波器的基础上设计的数字滤波器称
为模拟滤波器。
2.试归纳各类模拟滤波器幅频特性曲线的基本特点。
答：1)巴特沃斯滤波器具有单点下降的幅频特性曲线，通带和阻带幅频都比较平坦，且N阶数越高，曲线越陡峭。
2)切比雪夫一型滤波器的幅频特性曲线可以看出，N阶数
越低，过渡带曲线越平缓；系统阶数N越高，过渡带曲线越陡
峭，在通带区间呈现波动状态。
3)切比雪夫二型滤波器的幅频特性曲线可以看出，N阶数
越低，过渡带曲线越平缓；系统阶数N越高，过渡带曲线越陡
峭，在阻带区间呈现波动状态。
4)椭圆滤波器的幅频特性曲线可以看出，N阶数越低，过
渡带曲线越平缓；系统阶数N越高，过渡带曲线越陡峭，在阻
带和通带区间均呈现波动状态。
六、实验感想
通过这次的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅。