语音滤波器设计

长沙学院课程设计说明书题目语音信号滤波器的设计系( 部) 电信系专业（班级）电气工程及其自动化姓名学号指导教师起止日期2012.12.10-2012.12.16设计任务（一）设计目的模拟电子技术课程设计是一门独立设课、有独立学分的实践性课程，同“模拟电子技术”理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在“模拟电子技术实验”课的基础上，进一步深化的实践环节。

其主要目的是通过本课程，培养、启发学生的创造性思维，进一步理解电子系统的概念，掌握小型模拟电子系统的设计方法，掌握小型模拟系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能，基本任务是设计一个小型模拟电子系统。

（二）设计要求和技术指标1、技术指标：截止频率f H 2000Hz ，f L 200Hz ，A V 4，阻带衰减速率为40dB /10倍频2、设计要求（1）设计一个能满足要求的二阶有源滤波电路；（2）要求绘出原理图，并用 Protel 画出印制板图；（ 3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（ 4）在万能板或面包板或 PCB 板上安装好电路并调试；（ 5）测量滤波器的性能参数：截止频率、带内增益A V 和阻带衰减速率；（6）用 EWB 对电路仿真，并打印出幅频特性和相频特性曲线；（7）拟定测试方案和设计步骤；（8）写出设计性报告。

（三）设计提示1、电路可采用一级二阶低通与一级二阶高通滤波电路级联；（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。

（五）设计总结1、总结有源滤波器的设计方法和运用到的主要知识点；2、总结有源滤波器性能参数的测试方法。

长沙学院课程设计鉴定表指导教师意见:评定等级：教师签名：日期：答辩小组意见:评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名：—_ 日期：_ 一系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录第 1 章绪论............................. - 1 -1.1滤波器简介 . ........................ - 1 -1.2本人工作 ............................ - 2 -第 2 章滤波器的传输函数与性能参数............. 错误 ! 未定义书签。

2．1 滤波器的传输性能参数...................... - 3 -2.2滤波器的设计方案选择 ...................... - 5 -2.3原理电路参数计算 ........................ - 6 -2.3.1对低通部分 ......................... - 6 -2.3.2对高通部分 ......................... - 9 -2.4原理电路设计选择 ....................... - 10 -第 3章 NI MULTISIM 仿真. ........................ - 11 -3.1 NI Multisim 软件简介 . ..................... - 11 -3.2NIMultisim 仿真参数测试 ................... - 11 -3．3 测量数据及分析......................... - 14 -第 4 章结束语..................... 错误 ! 未定义书签。

第 5 章参考文献............................ - 16 -第 1 章绪论1.1 滤波器简介凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。

在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。

滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。

20 世纪 50年代无源滤波器日趋成熟。

自 60 年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。

导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到 70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。

80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。

90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。

当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。

我国广泛使用滤波器是 50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。

经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。

在无线电通信、非电量及微弱信号检测、电视接收机、自动控制等电路中，所能接收到的信号通常都是很微弱的，且其中还湿杂有无用或有害的信号，这对电路的正常工作将会造成影响。

为了消除这种影响，就需要用滤波器，便有用信号频率能比较顺利地通过，而将无用及有害的信号滤掉，或让它们受到较大的衰减。

用电感器和电容器所组成的滤波器属无源滤波器，具有成本低、电路简单的特点。

按工作频率的范围，可分为低通滤波器、高通滤波器及带通滤波器。

低通滤波器只有低频信号能通过而高频信号不能通过 ; 高通滤波器只有高频信号能通过而低频信号不能通过 ; 带通滤波器只有某一个通频带范围内的信号能通过，而在此之外的其他频率的信号不能通过。

滤波器有各种不同的分类，一般有如下几种。

（ 1）按处理信号类型分类 --- 按处理信号类型分类，可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。

其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。

当然，每个分类又可继续分下去，总之，它们的分类可以形成一个树形结构。

实际上有些滤波器很难归于哪一类，例如开关电容滤波器既可属于取样模拟滤波器，又可属于混合滤波器，还可属于有源滤波器。

因此，我们不必苛求这种“精确”分类，只是让人们了解滤波器的大体类型，有个总体概念就行了。

（ 2）按选择物理量分类；按选择物理量分类，滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择（例如PCM制中的话路信号）和信息选择（例如匹配滤波器）等四类滤波器。

（ 3）按频率通带范围分类；按频率通带范围分类，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。

1.2 本人工作（ 1）了解滤波器的基本电路的性质与基本性能；（ 2）选定语音滤波器的设计电路及基本元器件的系数及选定；（ 3）运用仿真软件对设计电路进行仿真测试，并对相关系数进行误差分析，找出误差原因，并进行改进；第2章滤波器的传输函数与性能参数2. 1滤波器的传输性能参数由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC有源滤波器。

其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。

可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。

根据对频率范围的选择的不同，可分为低通、高通、帯通与带阻(a) (b)图2-1滤波器的幅频特性（a）低通，（b）高通，（c）带通，（d）带阻。

一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。

滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率越快，但 RC节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。

常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦效应和切比雪夫等波动响应（如图2-2 ）。

表2-1列出了二阶RC有源滤波器的传输函数,它们的幅频特性如图2-1所示.图2-2巴特沃斯响应与切比雪夫响应比较（a）巴特沃斯幅频特性（b）巴特沃斯相频特性（c）切比雪夫幅频特性（d）切比雪夫相频特性实现表2-1所示传输函数的常用电路有电压控制电压源电路和无限增益多 路反馈电路。

图2-3所示电路为压控电压源电路，其中运算放大器为同相输入接 法，因此滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故 称为电压控制电压源电路。

图2-4所示电路为其中运算放大器为反相输入接法， 由于放大器的开环增益为无限大，反相输入端可视为虚地，输出端通过Q 、F 3形成两条反馈支路，故称为无限增益多路反馈电路。

2.2滤波器的设计方案选择技术指标截止频率f H 2000Hz ， f L 40dB/10倍频。

图2-3是二阶压控电压源低通滤波器的电路，其传输函数的表达式为A（s ）U^ （SZC 1C 2 厂［R C —（厂（2-1）200 Hz ， A V 4，阻带衰减速率为A （s ）A(s)1 R i R 2C 1C 2[S2A V1 R 1R 2C 1C 2s 2[R 1C 11 R 2C 11(1A V)R^]S1(1 A V ) —]s --R 2C 1R 2C 2R.1 R 2C 1C 2(2-3)(2-2)图2-3压控电压源电路图2-4无限增益多路反馈电路根据设计要求，要求的带宽范围很宽，其阻带的衰减速率为 程，则采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器想级联, 通滤波器将带通滤波电路看成两部分，分别求出两部分的电路元件参数； Av 所放大 的倍数可以同样分成两部分（各放大两倍），所以每部分的Av 都等于2;相对应 的fc 大的显然为低通的截止频率。

2.3原理电路参数计算2.3.1 对低通部分2-2压控电压源（VCVS ）电路无限增益多路反馈（MFB ）电路A （s ）A V WCS 2 WC S W C 2(2-4 )与式2-4低通滤波器传输函数的通用表达式相比较, 表达式为W C”R i R 2 C i CW c 21 R i R 2C 1C 21 R 1C 11 R 2C 1(1 A v )1 R 2C 2可得滤波器性能参数的（2-5）（2-6）（2-7）1 RR 3（2-8）-40dB/10 倍频 组成一个二阶带1 2(1)由表2-2得到二阶压控电压源低通滤波器的电路,如图2-6所表示.⑵ 由图2-5得,f=2000Hz时，取C=5Onf,对应的参数 K=1,满足K=100/fcC.⑶ 从表2-2中得，Av=2时，电容 3= C=50nF K=1时，电阻 R仁1.126K Q,R2=2.250K Q,R3=6.752K Q,R4=6.752K Q。