程控滤波器设计与制作

清华大学实验课程设计报告

课程: 《电子技术综合实验》

题目: 程控滤波器设计与制作

专业班级：电子信息工程2012级

学号：

学生姓名：

指导教师：

完成日期: 2015 年 6 月

目录

摘要 (1)

1 绪论 (2)

1.1 研究目的和意义 (2)

2滤波器的原理和结构 (2)

2.1 有源ＲＣ通用滤波器的结构 (2)

2.1.1有源ＲＣ低通滤波器的设计（LP） (2)

2.1.2有源ＲＣ高通滤波器的设计（HP） (3)

2.1.3有源ＲＣ带通滤波器的设计（BP） (3)

2.1.4有源ＲＣ带阻滤波器的设计（BE） (3)

3控制电路的设计 (4)

3.1 有源RC低通、高通、带通和带阻滤波器预置和切换 (4)

3.2有源RC滤波器通带截止频率的控制 (5)

4系统硬件电路设计 (6)

4.1总体设计思路 (6)

4.2 有源RC通用滤波器阶数的确定: (7)

4.3电阻和电容的确定： (7)

4.4有源RC滤波器反馈电阻R

F1、R

F2

、R

F3

的确定 (7)

4.5电容、电阻的精度 (8)

5 系统软件设计 (8)

5.1 单片机内存单元分配： (8)

6 实验结果及分析 (10)

6.1测试图 (10)

6.2测试表格 (10)

6.3 误差分析: (11)

结束语 (13)

程控滤波器设计与制作

专业：电子信息工程班级：201202班作者：*** 指导老师：***

摘要

什么是滤波器呢？从广义上来说，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，从某种意义上来说滤波器的发展进程就代表了电子业的发展进程，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。滤波器的优劣直接决定产品的优势，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。我国电子的行业还处于发展阶段，相对于发达国家我们还有不小的差距，所以我们必须投入更大的女里改变这一现状，从而做到不求人，只求己。

本设计由高通部分（HP）和低通部分组成（LP），由高通和低通分别组成带通（BP）和带阻（BE）。并用单片机控制电子开关CD4066，可实现预置和显示低通、高通、带通和带阻滤波器预置和切换。低通部分选用巴特沃斯有源低通滤波器，高通部分则将电容电阻互换即可实现。通带截止频率的控制采用固定电容，切换点组的方式。

关键词：高通；低通；带通；带阻；

1 绪论

1.1 研究目的和意义

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间…是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。

2滤波器的原理和结构

2.1 有源ＲＣ通用滤波器的结构

2.1.1有源ＲＣ低通滤波器的设计（LP）

下图为有源二阶低通滤波器的电路图和幅频特性曲线图。其幅频特性顶部平坦，但其过渡带的陡度只有－40分贝/十倍频程，滤波效果不理想。若将三个二阶滤波器串联，就可构成一个6阶有源低通滤波器，其幅频特性顶部与二阶有源低通滤波器一样，但其过渡带的陡度有－120分贝/十倍频程，滤波效果非常好，接近理想特性。电路如图（1）所示。

2.1.2有源ＲＣ高通滤波器的设计（HP）

将有源ＲＣ低通滤波器中的电阻和电容对换，即可实现有源ＲＣ高通滤波器。电路参见附一：电路原理图。

2.1.3有源ＲＣ带通滤波器的设计（BP）

将有源ＲＣ高通滤波器和有源ＲＣ低通滤波器进行串联来实现有源RC带通滤波器。电路参见附一：电路原理图。

2.1.4有源ＲＣ带阻滤波器的设计（BE）

将有源ＲＣ高通滤波器和有源ＲＣ低通滤波器进行串联来实现有源RC带阻滤器。电路参见附一：电路原理图。

有源ＲＣ带通滤波器和有源ＲＣ带阻滤波器是由有源ＲＣ低通滤波器、有源ＲＣ高通滤波器的串联、并联构成的，因此系统设计的关键是有源ＲＣ高通滤波器和有源ＲＣ低通滤波器。其性能的好坏影响到有源ＲＣ带通滤波器、有源ＲＣ带阻滤波器的性能。６阶巴特沃斯低通滤波器电路如图(2)所示。

R1a R2a

C25

6

7 B

IC1

Rf1

R

C1R3a R4a

C4

5

6

7

B

IC2

Rf2

R

C3

R5a R6a

C6

5

6

7

B

IC3

Rf3

R

C5

Uo

Vi

图（2）