模电-语音滤波器设计要点

模拟电路课程设计报告设计课题语音滤波器的设计

专业班级：电子科学与技术1201

学生姓名：

学号：120803039

指导教师：

设计时间：2013.12.30—2014.1.6

目录第一章概述

1.1滤波器的功能和类型

1.2滤波器的主要特性指标

第二章实验目的

第三章方案设计与论证

3.1总体分析

3.2方案一

3.3方案二

3.4论证

第四章单元电路设计与参数计算

4.1元器件参数选取

4.2电路图设计

第五章总原理图及元器件清单

5.1总原理图

5.2元器件清单

第六章参数公式

第七章仿真测试与性能分析

第八章结论

第九章参考文献

第一章概述

1.1滤波器的功能和类型

滤波器其实就是选频电路，可允许部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号受到较大抑制。信号能通过的频率范围称通频带/通带；受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称阻带；通带和阻带间的分界频率称截止频率。理论上，在通带内电压增益为常数，阻带内的电压增益为零；实际上，通带和阻带间存在一定频率范围的过渡带。从功能上分，滤波器分为低通、带通、高通、带阻等。

功能：

滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。

类型：

按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器

按功能分：低通、高通、带通、带阻

按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器

按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、高阶

1.2滤波器的主要特性指标

特征频率：

①通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。

②阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。

③转折频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。

④固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，

复杂电路往往有多个固有频率。

增益与衰耗

滤波器在通带内的增益并非常数。

①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益。

②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。

③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。

阻尼系数与品质因数

阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。

阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。

第二章实验目的

1、掌握系统各功能模块的基本原理；

2、培养基本掌握电路设计的基本思路和方法；

3、提高学生对所学理论的知识的理解能力；

4、提高和掘学生对所学知识的实际应用能力；

5、提高学生的科技学做论文能力。

第三章方案设计与论证

3.1总体分析

语音滤波器是属于有源滤波器，有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的，主要由两部分电路组成，带通滤波和带阻滤波，带通滤波器用来通过语音信号，频带为20Hz到20KHz，再经过带阻

滤波器滤去50Hz 的工频干扰信号，并最终达到语音滤波的目的。

在此，有两种设计方案：一种是压控电压源电路设计，另一种是用无限增益多路反馈电路设计，下面分别具体介绍两种方案。

3.2方案一：压控电压源电路原理

有源带通滤波器（BPF ）和带阻滤波器（BEF ）

带通滤波器是由低通RC 环节和高通RC 环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。

图1压控型二阶低通 图2压控型二阶低通幅频特性

传递函数：

()Au s =

()

1+[3-Aup(s)]sRC+(sRC)^2

Aup s

上式中只有当Aup （s ）小于3时，即分母中s 的一次项系数大于零，电路才能稳定工作，而不产生自激振荡。 若令s=jw,f0=1/2Πrc,则电压放大倍数：

=

1-+Aup

Au f f fo fo

（）^2j(3-Aup)

若令Q=

13-Aup

，则f=fo 时，

有=

=3-Aup

Au Q Aup Aup

当2

Au

Aup 大于，图2所示是Q

值不同时的幅频特性，

当f fp 时，曲线按-40dB/十倍频下降。

图3二阶压控型高通 图4 二阶压控型高通幅频特性

传递函数：

()Au s =

()

1+[3-Aup(s)]sRC+(sRC)^2

Aup s *（sRC ）^2

通带放大倍数：Aup=1+Rf/R1； 截止频率：fp=1/2πRC ； 品质因数：Q=13-Aup

根据设计要求要组成压控电压源带通滤波器，则选择上图中的低通滤波器和高通滤波器级联即可。

3.3方案二：无限增益多路反馈电路原理