滤波器设计报告

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燕山大学
电子技术课程设计说明书题目：三频率信号合成分离器
学院（系）：信息学院
年级专业： 12光电子1班
学号：
学生姓名：张艳魁
指导教师：
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燕山大学课程设计（论文）任务书
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(1) 能将三个频率的信号分别提取出来，其它频率的信号干扰尽量
小；
(2)当某一路分离出的信号幅值超过5V，则点亮对应指示灯；
(3)分离信号用的滤波器至少是2阶有源的；
(4)对设计的滤波器的各项参数指标要有细致的分析：包括幅频特性、相
频特性、带宽等各种关键技术指标；
(5)设计完成经过仿真验证后，使用ultiboard 9 生成电路板。

二、设计方案
三频率合成滤波器由四个模块组成，分别为，频率合成模块，滤波模块，峰值检出模块，峰值比较及亮灯模块。

集成运放是模拟电路中的重要器件，本次设计大量运用集成运放。

运用集成运放型号为LM358.
LM358主要特点：可单电源或双电源工作，供电电压-16V~+16V，功耗小，在一个封装内封装两个放大器，如图所示，频率范围宽，失调电压
2mV~5mV。

价格低，五毛钱一片。

1、频率合成模块：将三个不同频率的信号合成为一个信号，方便
传输。

单条线可传输三个信号，节约传输成本。

2、滤波模块：将三个不同频率的信号分别滤出，得到原始信号。

也可以滤除噪声。

3、峰值检出模块：输出信号峰值超过5V算有正常信号输出，所
以需要峰值检出模块，求得峰值。

4、峰值比较模块：将检出的峰值与5V比较，大于5V时，点亮
LED指示灯。

三、系统工作原理
1、频率合成模块原理图及仿真结果
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左侧是三个信号发生器，公共端接地，输出信号为双极性正弦信号，后面为两级模拟信号加法求和电路，双踪示波器的A、B通道分别显示一级加法求和电路和二级加法球和电路输出信号。

模拟结果如下图所示。

如上图，信号频率分别为1kHz、100kHz、500kHz。

如图仿真结果表示，仿真电路可用。

2、二阶低通滤波器电路及仿真结果
二阶低通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将100kHz信号和500kHz信号滤掉，剩下1kHz信号，滤波器设计时，主要调节R1、R2、C1、C2的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。

关系式如下：
Wc^2=1/(R1R2C1C2)
故，根据此关系式，合理设置R1、R2、C1、C2，便可以得到期望的满足要求的截止频率。

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用波特图仪测得截止频率图如下图：
可以看出，低通滤波器不能一下把高频信号截止掉，而是随着频率增加而截止作用越强，时候增益为，能滤除掉本次课设中的高频信号。

用滤波器看总仿真结果如图所示：
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3、二阶带通滤波器电路及仿真结果
二阶带通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将1kHz信号和500kHz信号滤掉，剩下100kHz信号，滤波器设计时，主要调节R1、R2、C1、C2的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。

关系式如下：
Wc^2=(1/R15C^2)（1/R13+1/R14）
故，根据此关系式，合理设置R13、R14、R15、C3、C4，便可以得到期望的满足要求的截止频率。

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波特图仪测量结果如下：
如图可以看出，在100kHz附近的通过较好，有些损耗，可以接受，在1kHz和500kHz时截止效果较好，所以滤波器设计成功，能够达到设计要求。

用示波器效果如图所示：
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4、二阶高通滤波器电路及仿真结果
电路原理图如图所示：
二阶高通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将1kHz信号和100kHz信号滤掉，剩下500kHz信号，滤波器设计时，主要调节R20、R21、C5、C6的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。

关系式如下：
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Wc^2=1/（R20R21C5C6）
故，根据此关系式，合理设置R13、R14、R15、C3、C4，便可以得到期望的满足要求的截止频率。

波特图仪显示波形如下：
在500kHz时候通过率比较好，可以接受，能满足要求，设计成功。

5、峰值检出电路及仿真结果。

示波器波形如下：
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6、峰值比较及点亮LED电路及仿真结果
峰值比较电路及点亮LED灯的电路如图所示，电压值高于5V时集成
运放输出高电压，后面接LED灯和一个分压限流电阻，防止烧毁发光二极管。

改变输入信号的幅值，模拟结果显示LED可亮可灭，结果可行。

四、设计总结
经过本次制作，动手能力得到了提高，熟悉了电子电路制作过程，从芯片选择到搭建电路，积累了电路设计以及调试经验。

增强了自己动手查资料，阅读资料的能力，对集成运放有了更多的了解。

开阔了自己的视野。

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