信号与线性系统分析高通滤波器实验报告

《信号与线性系统分析》课程设计高通滤波器的设计、制作及分析
学校：伊犁师范学院
单位：电子与信息工程学院
班级：电信11-2班
姓名：刘盼
学号：11071201030
指导老师：石雁祥
设计指标：截止频率为18KHz的高通滤波器
一、高通滤波器
1、高通滤波器的定义：让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量完全抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。

2、高通滤波器是指车载功放中能够让中、高频信号通过而不让低频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中的低音成分，增强中音和高音成分以驱动扬声器的中音和高音单元。

3、理想高通滤波器的幅频特性：
Ｈ（jw）
F/Hz
4、实际高通滤波器的幅频特性：
H(jw)
F/Hz
5、截止频率定义：用来说明电路频率特性指标的特殊频率。

当保持
电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号幅度降至最大值的0.707倍，此时的频率称为截止频率。

二、滤波器的工作原理及电路图
1、设计低通滤波器的工作电路图如图（1）：
Ui
＋
Uo
＋
－ －
图（1）
2、 幅频特性：
()1
Uo
R H j j RC
Ui
R j C
ωωω=
==+
f
RC
j H πωωω2)1
(11)(2=+=
令RC f H π21=
可得：当H f f =时 707.02
2
)(==
ωj H f=18KHz 是高通滤波器的截止频率，标称值电容C=0.022uF ，由此得出R=402Ω。

3、用MATLAB程序进行仿真程序:
clear;
r=400;c=0.000000022;
f0=0;fn=30000;df=0.01;
f=f0:df:fn;
w=2.*pi.*f;
a=(1./(w.*r.*c)).^2;
H=(1./(1+a)).^0.5;
plot(f,H);
xlabel('f');
ylabel('H');
运行仿真程序得到如图（2）的结果：
00.51
1.52
2.5
3
x 10
4
0.10.20.30.40.50.60.70.8
0.9f
H
X: 1.807e+004Y: 0.7068
图（2）
三、高通滤波器的制作和测试
1、根据选定电阻、电容的参数，在实验室找到了欧姆电阻和微法电容，安装到
电路板上，进行焊接。

焊接结果如图（3a ）、图（3b ）：
图（3a ）焊接电路板的正面结构
图（3b）焊接电路板的背面结构
注：电路板规格为4cm×5cm；电容为直插瓷戒电容223;电阻为直插
金属膜电阻196Ω、210Ω；普通跳线；导线若干。

2、对高通滤波器进行实验检测
实验仪器：
名称参考型号数量用途
示波器YB434OG 1 观察输入输出波形函数信号发生器YB2639 1 作为信号源万用表VC9807A 1 测电阻值
3、对示波器进行校准：
（1）按下示波器电源“power”；
（2）将时间“TOME/DIV”打到0.2ms；
（3）将示波器“MODE”打到“CH1”，同时将“VOLTS/DIS”打到“1”；
（4）将同轴测试电缆链接到“CH1”上，测试笔上的开关推到“×1”对CH1校准；
（5）同理对“CH2”通道进行校准。

4、接入滤波器测试，如图（4a）、图（b）所示：
图（4a）滤波器接入电路全局图
图（4b）滤波器接入细节图
（1）将示波器“CH2”的测试笔挂钩接到滤波器电路的输入端，上面的鳄鱼夹夹到输出端的地线上；
（2）将示波器“CH1”上的测试笔挂钩接到电路的输出端，上面的鳄鱼夹夹到输出端的地线上；
（3）打开函数信号发生器开关，输出端接上同轴测试电缆，把红色鳄鱼夹夹到滤波器电路输入端，黑色鳄鱼夹夹到滤波器电路的输出端地线上；
（4）打开信号系统试验箱，将S1、S2、S3打亮，用一根导线接“GND”,d导线另一端接到滤波器电路输出端地线上；
（5）示波器“MODE”打到“DUAL”，调节频率旋钮观察波形（如图（5）所示）；
图（5）
（6）根据规定当输出的)(ϖj H 为最大输出)(ϖj H 的0.707倍时所对应的频率为截止频率。

（看着函数信号发生器频率读数和示波器的波形，当输入电压与输出电压波形所对应的格数是0.707倍）。

（7）接入频率f 和电压U ，可用“扫描时间”
格数⨯=
1
f （CH2通道输入
信号，输入电压始终为2.83V ，调节频率按钮，调节输出电压O U ）。

5、测量并读取记录数据： 表一 f/kHz
5 10 15 20 25 30 i U
2.83 2.83 2.83 2.83 2.83 2．83 O U
0.741 1.363 1.83 2.08 2.24 2.43 H 0.268
0.486
0.640
0.743
0.812
0.857
表二
f
35 40 45 50 55 60 i U
2.83 2.83 2.83 2.83 2.83 2.83 O U
2.40 2.59 2.51 2.55 2.73 2.62 H 0.889
0.912
0.928
0.941
0.950
0.958
四、实验采用MALAB 仿真软件进行数据综合 测试程序：
clear;
dataf=[5000,10000,15000,18080,25000,30000,35000,40000,45000,50000,55000,60000];
dataH=[0.268,0.486,0.640,0.707,0.812,0.857,0.889,0.912,0.928,0.941,0.950,0.958]; plot(dataf,dataH); xlabel(‘f ’); ylabel(‘H ’);
运行测试程序得到如图（6）所示
H(jw)
012345
6
x 10
4
0.2
0.30.40.50.60.70.80.91X: 1.808e+004Y: 0.707
图（6）
理论值为：18KHz
由图可读出测试值为：18080Hz 误差为：%H
H f f f E 测
-=
E=[(｜18000-18080｜)／18000] %=0.4%﹤5%
五、误差分析：
1、计算所需要得电阻阻值时，我们确定电容计算电阻，是理想的
电阻，R=402欧，但是实际电路中串联的是406欧电阻，于是这与标出的值有一定的误差。

2、在连接电路时有焊锡和导线影响，实际导线也是有电阻的，所
以这也导致实验出现误差；
3、所用的所有仪器，示波器、信号系统试验箱、函数信号发生器
等都有些仪器误差。

六、心得体会
经过此次对高通滤波器的设计、制作和分析，让我弄懂了很多问题。

首先，从开始的计算、选器材、设计电路及焊接、测试，到现在的完成，这期间经历了很多次的失败，示波器的校准相当的重要，而且焊接也要很精细，最重要的是选择合适的电容、电阻，我就是因为电容、电阻的选择不恰当而导致了多次失败。

其次，必须要全面的考虑整体设计。

通过较大的电阻，减小导线自身带来的误差，以及焊锡处的处理要精细，避免产生较大误差。

最后，是示波器的读数。

因为读数时必定会有不准确的地方，我们应当多次读数来减少不准确的因素。

这是我第一次设计实验，通过这次的实验，我发现自己存在很多的问题，越是简单的问题越是应该重视，细节决定成败，只有全面理解问题，才能准确的解决问题。