濾波器优化设计.docVIP

电子技术课程设计 课题名称 基于Pspice的滤波器的优化设计 姓名 学号 班级 指导老师 吕宗伟导师 设计时间 2012-5-17——2012-6-23 基于PSPICE的巴特沃斯五阶低通滤波器的优化设计 一、设计目的 掌握滤波器的基本概念； 掌握滤波器传递函数的描述方法； 掌握巴特沃斯滤波器的设计方法； 了解PSPICE对电路进行优化设计的基本原理； 掌握利用PSPICE Optimizer对电路进行优化设计的方法和步骤； 二、设计原理及PSPICE简介 2.1）、巴特沃斯滤波器频率响应（图左）和一级至五级巴特沃斯低通滤波器的响应（图右）： 巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。 在振幅的对数对角频率的波得图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。 一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、 三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝、如此类推。巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。 阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数的逼近函数为： 2.2）、巴特沃斯低通原型滤波器的分母多项式 2.3）、设计技术指标及要求要求 2.3.1）、技术指标为： 1)通带截止频率为 2)阻带截止频率 3)通带最大衰减频率 4)阻带最大衰减频率 2.3.2)、设计和优化的要求： 1）确定滤波器的阶数和传递函数； 2)给出电路结构和元件参数；（运算放大器可以选择） 3)利用PSPICE软件对电路进行仿真，得到滤波器的幅频响应，是否满足设计指标； 4）如果要求其他技术指标不变（或者在合理的变化范围内），而阻带截止频率改变为， 确定改变电路中的什么参数可以实现这个目标，并且启动PSPICE Optimizer对电路进行优化。 三、设计步骤 根据要求确定滤波器的阶数N 确定传递函数 综合电路图设计 计算原件取值 仿真优化 设计过程 4.1）、由技术指标中知，在通带截止频率处，滤波器的幅频响应为-2dB 在阻带截止频率处的幅频响应为-30dB 解得：N=4.25 ;=5.28kHz ;Wc=2π.5.28kHz ，该滤波器阶数为5阶 4.2）、由滤波器的阶数查表知道传递函数如下 令则有 4.3）、电路图设计 5阶巴特沃斯低通滤波器电路可以通过1个一阶低通滤波器和2个二阶低通滤波器级联构成。因为任何高阶的巴特沃斯滤波器都可以由一阶滤波器和二阶滤波器级联组成。则电路的设计如下图所示： 比较2个传递函数，得系数方程求解图如下： 电路仿真则有滤波器的通带增益为,取和的值都为2kHz 则20LgA=16.36 4.4）、电路仿真，电路原理图（图一）和仿真得到的响应 （图二） （图一） （图二） 由仿真的结果结果得到起幅频响应： 1)通带截止频率为，幅频响应为14.078dB 2)阻带截止频率为，幅频响应为-13.818dB 3）当截止频率为, 幅频响应为13.019dB 由于=6.58 , 20LgA=16.36则有： 1)通带截止频率为 ,幅频响应为-2.282dB 2)阻带截止频率 ,幅频响应为-30.178dB 3）当截止频率为=5.28kHz, 幅频响应为-3.341dB 五、优化设计 5.1）、修改阻带截止频率为并计算参数 求解的N=4.16, =5.09kHz 如上的方法计算同理得 知道其他的参数不必修改，将 5.2）、由仿真的结果得到幅频响应： 1）通带截止频率为 ,幅频响应为-1.982dB 2）阻带截止频率 ,幅频响应为-33.462dB 3）当截止频率为=5.09kHz, 幅频响应为-3.789dB 由仿真得到的数据说明，频率响应的各项参数都在允许的误差范围内波动，因此可以进行优化设计。 5.3）、优化过程及操作 选取和为可以改变的参数，选取和为目标参数，优化时的数据设计如下所示 由优化设计知当和时满足优化方案，此时系统共迭代了3次，调用了5次电路模拟函数 七、总结体会及错误纠正 这次的课程设计给了我很多不一样的收获 计算巴特沃斯滤波器