滤波器设计与仿真sbhdoc.doc

滤波器设计Filter Wiz Pro的使用【设计任务】设计一个二阶低通滤波器，截止频率为fo=Hz~20kHz。【设计步骤】启动Filter Wiz Pro 3.0，程序界面如图1所示： 图1?? Filter Wiz Pro 3.0的程序界面 单击标有“LP”的按钮，打开设计窗口如图1所示。 图2 滤波器设计窗口 在左侧窗口指定参数，如图3示： 图3?? 设定参数 （在上面的指定中，Apb，Asb，fpb都是按照惯例选定的，调整fsb的数值可以得到不同的阶数和Q数值。）(参数还看不懂，请参看相关模电书籍)单击“Calculate”按钮，计算结果将显示在右侧窗口中，如图4所示。从图4中可以看到不同的近似函数的不同性能。其中Butterworth型的 图4?? 计算结果显示 单击“Next”按钮，进入“View frequency and time responses, select Approximation”环节，如图5所示。 图5?? 查看频率和时间响应，选择近似方式 图5显示了不同的近似方式的幅频响应曲线。选择近似方式为Butterworth。单击“Next”按钮，进入“Select circuit schematic for each stage”，如图6所示。 图6?? 选择电路原理图 单击 按钮可以查看和选择不同原理图如图6所示。 图7?? 选定电路图 单击“Select”按钮，然后单击“Next”按钮，进入“Calculate component values”环节，在这一环节里，设计者可以选择不同的电阻精度、电容大小等。????? 不作修改，直接用默认的设置，单击“Next”按钮。 图9?? 最终结果 图9显示了电路最终可以实现的滤波器响应曲线。滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。本节所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。　滤波器分类 ⒈根据滤波器的选频作用分类 ⑴　低通滤波器 　　从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵　高通滤波器 与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶　带通滤波器 它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。 ⑷　带阻滤波器 与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过. 低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。 ⒉　根据“最佳逼近特性”标准分类 ⑴　巴特沃斯滤波器 从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为： ⑵　切比雪夫滤波器 切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的，其幅频响应表达式为： ε是决定通带波纹大小的系数，波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件；Tn是第一类切贝雪夫多项式。 与巴特沃斯逼近特性相比较，这种特性虽然在通带内有起伏，但对同样的n值在进入阻带以后衰减更陡峭，更接近理想情况。ε值越小，通带起伏越小，截止频率点衰减的分贝值也越小，但进入阻带后衰减特性变化缓慢。切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较，切贝雪夫滤波器的通带有波纹，过渡带轻陡直，因此，在不允许通带内有纹波的情况下，巴特沃斯型更可取；从相频响应来看，巴特沃斯型要优于切贝雪夫型，通过上面二图比较可以看出，前者的相频响应更接近于直线。 ⑶　贝塞尔滤波器 只满足相频特性而不关心幅频特性。贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比，即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳，而往往限制了它的应用。 二、理想滤波器 理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。 理想低通滤波器的频率响应函数为: 其幅频及相频特性曲线为： 分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在t=0时刻单