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滤波器的课程设计
目录
1、设计任务和设计要求3
1.1设计任务3
1.2设计要求3
1.3题目评析3
2、方案比较与论证4
2.1滤波单元设计4
2.2增益放大单元设计4
2.3频率波形提取单元设计4
3、系统硬件设计5
3.1系统的总体设计5
3.2系统的单元设计5
3.2.1低频滤波器的设计5
3.2.2可控增益放大器单元设计8
3.2.3频率波形提取单元的设计9
4、系统仿真11
4.1低频滤波器单元的仿真11
4.2可控增益放大器单元的仿真12
4.3频率波形提取单元的仿真13
4.4一、二级单元串联运行14
5、结论15
6、参考文献16
附录一电路原理图16
附录二PCB板电路16
摘要:本设计是一个可控制的滤波放大电路,主要由三个环节构成:四阶巴特沃兹
带通滤波器、可控增益的增益放大器和开关电容带通滤波器。实现的是对于100——5000hz
低频信号的滤波放大,及最后开关电容滤波器带通滤波选取某频段的波形,同时给予可控
增益完成信号的放大。
关键词:巴特沃兹滤波器可控增益放大切比雪夫滤波器
1、设计任务和设计要求
1.1设计任务
对于信号处理需要进行滤波和放大,而现有的滤波放大器的可控性能不高,现要求设
计一个简单的可控滤波放大电路,实现对放大增益的可控制,并且能够完成带通滤波和某
一平率波形的简单提取。
1.2设计要求
输入信号选在低频区,带通滤波范围在100Hz——5kHz。带通滤波增益有明显的变化,
范围在40dB——70dB之间即可。滤波区间变化较为平坦,频段提取的中心频率增益不小
于10dB,提取频率2000Hz。
1.3题目评析
题目的重点在于滤波和放大,难点在于可控增益的放大和滤波性能的要求。要求设计
的电路主要的功能就是滤波和控制放大,而如何做到滤波器性能的要求是滤波器设计主要
难点,而可控增益放大器则需要完成如何在要求范围内完成放大增益分贝。题目的实用价
值在于现代通讯和传感器领域中要求对信号做出处理,而放大和滤波两种基本处理应用非
常广泛,实现增益控制和滤波控制将为自动控制系统实现很大的便利性,尤其是可编程控
制的放大滤波器的运用会非常的灵活方便,若是结合单片机的使用,将极大的提高系统的
自动化程度。本设计的创新之处在于结合巴特沃兹滤波器、AD603芯片和MAX274芯片,
实现了滤波放大和单一频率的波形提取,整体设计在参数计算工作量大大减少,而且在灵
活性的基础上实现了设计要求,可以运用在电机和变压器对三次谐波的监控或是信号中的
谐波分析。
2、方案比较与论证
2.1滤波单元设计
方案一:无源滤波
RC无源滤波器具有电路简单,抗干扰性强,较好的低频性能,但是RC参数计算较为
困难,在滤波特性上与有源滤波相比有一定差距。
方案二:有源滤波器
有源滤波电路是指使用放大器实现滤波功能。有源滤波能够滤除谐波,同时还可以动
态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,补偿无功细致。
选用TI公司的LM324进行滤波单元的设计。
2.2增益放大单元设计
方案一:使用数字电位器和普通运放组成放大电路。通过控制数字电位器来改变放大
器的反馈电阻实现可变增益。这种方案硬件实现较简单,但限于数字电位器的精度较低、
档位有限,这种方案很难实现增益的精确控制,同时数字电位器受信号的带宽限制,在运
放环路中会影响整个系统的通频带宽。
方案二:采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器,便于对放大增益的较
精确控制,同时可以降低干扰和噪声。综上所述,本设计采用方案二,AD603是一款低噪
声,精密控制的可变增益放大器,温度稳定性高,最大增益误差为0.5dB,满足题目要求
的精度,其增益(dB)与控制电压V呈线性关系。
2.3频率波形提取单元设计
方案一:使用集成运放组成的带通滤波器,使中心频率对应要求的提取频率,此处
使用切比雪夫响
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