模拟低通滤波器设计及测试分析.docVIP

《信号系统与信息处理综设实验》 《模拟低通滤波器的设计与测试分析》 院系：物理与电信工程学院 年级：本科生2011级 姓名：李杰 学号：20113100064 日期：2013年05月18日  目 录 一、实验目的 2 二、设计要点 2 三、电路设计 2 四、软件仿真 3 五、硬件测试 10 六、实验结果分析 10 模拟低通滤波器的设计与测试分析 一、实验目的 在软硬件常规实验的基础上，运用“信号与系统”的理论知识，设计、分析、测试基本电路系统，初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。为同学创造应用实践的契机，培养同学的自学能力和钻研能力。 二、设计要点 1、选取低通滤波器，制作硬件电路。 2、系统的软件仿真内容可选取时域、频域和S域中的部分内容或全部内容。如在时域中分别研究系统的冲激响应、阶跃响应，以及不同激励信号下的系统零状态响应；在频域中的幅频特性、相频特性等。 3、对自己制作的硬件电路，完成系统特性的相关测试。如冲激响应、阶跃响应、频响曲线等。 三、电路设计 1、电路图 图1 有源低通滤波器电路图 选取电阻、电容、运算放大器构成上图所示二阶有源低通滤波器。 传递函数的计算 如上图所示，其传递函数为 用代入上式，则有 幅频响应： 相频响应： 其中，为特征角频率，也是时的3dB截止角频率，此时，即截止角频率为。 四、软件仿真 所使用的仿真软件：SystemView 在SystemView中连线，如下图所示 图2 二阶有源低通滤波器仿真 Sink0和Sink1为输入信号，Sink3为传递函数（设置低通滤波器参数），Sink4显示Sink0的波形，Sink5显示Sink1的波形，Sink6显示Sink0和Sink1相加后的波形，Sink7显示Sink6经过传递函数后的输出波形。传递函数参数的设置如图3所示。 图3 传递函数的设置 只选用Sink0（取冲激函数：起始时间为0.5s，幅度为1V）作为输入信号，Sink7显示的波形如图4所示。 图4 冲激响应 其波形与冲激信号基本一致，冲激信号出现后，波形出现振荡。 只选用Sink0（取阶跃函数：起始时间为0.5s，幅度为1V）作为输入信号，Sink7显示的波形如图5所示。 图5 阶跃响应 其波形与阶跃信号基本一致，阶跃信号出现后，波形出现振荡。 只选用Sink0作为输入信号，选取幅度为1V、频率为5000Hz（小于）的正弦波函数，Sink4显示的波形如图6（a）所示。 图6（a） 频率为5000Hz的正弦波 Sink7显示的波形如图6（b）所示。 图6（b） 低频正弦波响应 对比图6（a）与图6（b）可知，低频响应的幅度接近输入信号的幅度，符合低通滤波器的滤波特性。 只选用Sink0作为输入信号，选取幅度为1V、频率为20KHz（大于）的正弦波函数，Sink4显示的波形如图7（a）所示。 图7（a） 频率为20KHz的正弦波 Sink7显示的波形如图7（b）所示。 图7（b） 高频正弦波响应 对比图7（a）与图7（b）可知，高频响应的幅度较低，符合低通滤波器的滤波特性。 选用Sink0和Sink1作为输入信号，其中Sink0为幅度1V、频率10KHz的正弦波，Sink1为幅度1V、频率100KHz的正弦波，波形分别如图8（a）（b）所示。 图8（a） 10KHz正弦波 图8（b） 100KHz正弦波 Sink6显示两者相加后的波形，如图8（c）所示。 图8（c） 两正弦波叠加 Sink7显示两正弦波叠加后经过传递函数的波形，如图8（d）所示。 图8（d） 过滤后的波形 对比图8各个波形可知，经过低通滤波器后，100KHz的正弦波基本被过滤掉，波形与10KHz的波形基本一致，存在一定震荡。 点击传递函数查看波特图，可观察到该低通滤波器的幅频特性及相频特性，如图9所示。 图9 幅频特性和相频特性 左边纵轴为幅频特性曲线的读数，右边纵轴为相频特性曲线的读数。 硬件测试 实际电路如图10所示。 图10 实际二阶有源低通滤波电路 2、时域及频域的硬件测试结果与软件仿真结果基本一致。实验步骤及结果略。 六、实验结果分析 1、实验中，输入为冲激（阶跃）信号时，通过滤波器后输出波形与冲激（阶跃）信号基本一致，冲激（阶跃）信号出现后存在一定震荡。与理论基本一致。 2、实验中，当输入为高频率（100KHZ）正弦波与低频率（10KHZ）正弦波叠加时，通过低通滤波器后，高频率正弦波被滤去，剩下低频率正弦波,但存在一定的震荡。与理论基本一致。 3、由实验幅频特性曲线可知，当f≈16KHZ时，幅度下降3db即进入截止状态，与理论计算的结果基本一致。 .页眉. 页脚. 页脚.