中频信号滤波放大整形及移相电路

一、概述

本设计在实际中主要用于对中频信号进行滤波，放大，整形及移相。滤波器主要功能是对信号进行处理，保留信号中的有用成分，去除信号中的无用成分。一般的当我们接收到一个信号的时候，它并不是可以被我们直接观察和分析的，而而是只有在通过一定的电路使之进行放大、滤波、整形输出以后，才可以变成是让我们可以进行分析和观察的处于稳定状态的信号。所以说对于一般的信号，必须经过有整流电路、滤波电路、放大电路组成的功能模块以后才会变成是对人类观察研究有益的信号。它能应用于生活、生产、工业、农业、军事科技、探测收索等众多方面。

本实验的设计思路和基本原理：首先将输入信号通过一个高通滤波器进行滤波放大，然后再通过一个施密特触发器进行整形，得到方波，最后通过一个全通滤波器进行移相，移相范围是0-180°。

设计方法：信号的滤波放大所用的高通滤波器可以用FilterPro软件设计得出，信号整形用的施密特触发器可以用555定时器得到，移相电路采用全通滤波器电路。

报告组成：：封面，任务书，报告三大部分。其中报告分为概述，方案论证，电路设计，性能的测试，结论，性价比，课设体会及合理话建议，参考文献九部分组成。

本实验最终同过Multisim仿真实现了设计初的目的，通过斯密特触发器将输出的波形整形成方波，通过全通滤波器对方波进行了0-180°的移相。

二、方案论证

主要设计方案就是一个可以将中频正弦信号放大滤波后转换为方波信号的电路，并对方波进行0-180°移相。

电路设计总方案：用高通滤波放大电路把固定频段的中频信号过滤出来并进行放大，再通过555芯片构成的施密特触发器使信号整形为方波信号，最后进行方波0-180°移相。

基本方案：根据设计要求用FilterPro设计一个高通滤波放大电路，设计参数通带增益Ao=10db，通带频率fc=200kHz，通带增益纹波Rp=1db，截止带频率fs=120k Hz，截止带衰减-14db。然后是由555芯片组成的施密特触发器，滤波电路之后的信号进入到由555芯片组成施密特触发电路，可以将正弦波转化为同频率的方波。最后是移相电路，通过全波滤波器可以对方波进行移相且幅度不变，

移相范围是0-180°。原理图如图1所示。

图 1 中频信号滤波放大整形及移相电路原理框图

设计基础：FilterPro 是一款很好的滤波器设计软件。通过所给一些参数设计出需要的电路，其中所用的电阻的阻值和电容的容抗都会在软件设计的电路中体现出来。最后将设计出的电路图由Multisim 软件进行仿真，前面加上函数信号发生器，后面加上由555电路搭成的施密特触发电路，最后加上设计好的移相电路，这样，仿真电路就完成了。此电路可以将信号发生器的信号过滤放大整形成同频率的方波信号，并可以移相。

高通滤波放大电路的设计是通过FilterPro 软件实现的,仿真是通Multisim 实现的，因此具备科学性；可行性：本电路的大部分参数都是通过软件得出的，一部分数据是通过自己的反复调试得出的，参数环境符合要求，具备可行性；有效性：本电路由高通滤波放大电路，整形电路和移相电路组成，最后的仿真结果也达到了实验要求。

三、 电路设计

1. 高通滤波放大电路

用FilterPro 设计一个高通滤波放大电路，设计参数通带增益Ao=10db ，通带频率fc=200kHz ，通带增益纹波Rp=1db ，截止带频率fs=120k Hz ，截止带衰减-14db 。高通滤波放大电路如图2：

图 2 高通滤波放大电路

v i

v

o

这是采用无限增益多路反馈高通滤波电路，其中各个电阻和电容数值的大小由FilterPro 设计得出。也可以根据以下公式计算出图中元器件的值。

该电路的传输函数为：

2

1322332122

2

2

11111)(R R C C C C C C C R s s C C s A u +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-

=

2

22

c c

uo s Q

s s A ωω++

=

(1)

归一化的传输函数： 1

1)(2

++=

L L uo

L u s Q

s A s A (2)

其中： s

s c

L ω=

(3)

通带增益： c

C A uo 2

1

-

= (4)

截止角频率： c c f C C R R πω212

321== (5)

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=

323

212

111

C C C C C R Q

c

ω (6)

该电路的左端为输入端，右端为输出端，输入为正弦信号，输出也为正弦信号，并且信号放大了，仿真结果为：在高通滤波放大电路输入端输入200KHz 振幅为200mVp 的正弦信号，放大后的信号频率不变，振幅大概为445mVp 。 2. 施密特触发器电路

施密特触发器属于“电平触发型”电路，电路有两个阈值电压+T V 和-T V ,如果不接参考电压，+T V =2/3CC V ,-T V =1/3CC V ,一般情况CC V =5V ，可见高通滤波器的输出电压幅值不能使触发器翻转，故应加个参考电压（即图3中接入的

DD V =0.4V ），这样触发器就可以发生翻转，就能将正弦波整形为方波。

施密特触发器同时不依赖于边沿陡峭脉冲。利用它在状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。本实验中施密特触发器是将555定时器中的THR 和TRI 两个输入端连在一起作为信号的输入端，即可得到施密特触发器。