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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