语音滤波器的设计--模电课设

课程设计说明书

课程设计名称： 模拟电路课程设计

课程设计题目： 语音滤波器的设计

学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院

专业： 通信工程 班级：

学号： 姓名：

评分： 教师：

2013年 3 月 13日

模拟电路 课程设计任务书

2012－2013 学年第 2学期 第 1 周－ 3 周

题目 语音滤波器 内容及要求 一、设计要求 1.该语音滤波器的截止频率fH?3000Hz，fL?300Hz，AV?10； 2.阻带衰减速率为?40dB10倍频程。 进度安排 第1周：查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真； 第2周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计； 第3周：检查设计结果、撰写课设报告。 学生姓名： 指导时间：周一、周三、周四下午 任务下达 考核方式 指导教师 2013 年2月25日 任务完成 指导地点：E 楼 311室 2013 年 3 月15日 √ 2.答辩 □ 3.实际操作 □√ 4.其它□ 1.评阅 □ 系（部）主任 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

摘要

低通滤波器是一个通过信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想

滤波器电路的的频响在通带内具有一定的幅值和线性相移，而在阻带内幅值应为零。有源滤波器是指由放大电路及RC网络构成的滤波器电路，它实际上是一种具有特定频率相应的放大器。滤波器的阶数越高，幅频特性的速率越快，但RC网络的阶数越多，元件参数计算月频繁，电路的调试愈加困难。本次设计的一个带通滤波器，将一级二阶低通滤 一级二阶高通滤波器级联。

考虑到我们现在的知识水平，我们主要学会有源滤波器的应用，运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点，与其他的滤波器的电路相比较，RC电路相对简单很多，该电路主要采用了 运放，并且加了RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减的通过电路，而通带外的其它信号将受到很大的衰减，从而提高滤波效率。

关键词：低通滤波器 什么运放 RC网络

目录

前言 ................................................................. 错误！未定义书签。 第一章 设计任务 .......................................................................... 5 1.1课设题目 ................................................................................ 5 1.2设计内容与要求 .................................................................... 5 第二章 电路设计原理 ................................................................. 5 2.1滤波器的频率特性 ................................................................ 5 第三章 滤波器设计方案 ............................................................. 7 3.1设计思路 ................................................................................ 7 3.2单元电路的设计 .................................................................... 8 3.2.3高通滤波器的设计 ........................................................... 10 第四章 总电路与仿真效果 ....................................................... 13 4.2 仿真结果 ............................................................................. 14 第五章 调试. .................................................................................. 16 5.1调试 ....................................................................................... 16 第六章 数据处理与总结 ........................................................... 17 附录1 ............................................................................................... 20

第一章 设计任务

1.1课设题目

语言滤波器

1.2设计内容与要求

1.该语言滤波器的截止频率f(H)=3000Hz,f(L)=300Hz，Av=10;

2.阻带衰减频率为-40Db/10倍频程。

第二章 滤波器的功能特性

2.1滤波器的频率特性

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。

表3.2.3 二阶高通滤波器（巴特沃斯）设计表

电路形式 无限增益多路反馈电路 性能参数 设计表 错误！未找到引用源。= Q=0.707 Av= -C/C1 Av 1 2 5 10 R1 0.750 0.900 1.0325 1.072 R2 3.376 5.627 12.379 23.634 C1 C 0.5C 0.2C 0.1C

由表2选C=47nF，所以K=3.3 C1=94nF；

所以设计的电路图为：R3=1k?,R4=3.4 k?,C3=C4=C5=470nF 所以设计的电路图为：

图3.2.3 高通滤波器的原理图

3.2.4带通滤波器的设计

由于一个高通和一个低通组成的带通的衰减频率没有达到要求，所再级联上个一二阶的带通滤波电路f0=1650；Av=1；

因为f0=BWQ; f0=(3000-300)/2=1350Hz; Av=1+R4/R5; 所以R4比R5小很多。由表2取C=47nF；但是由于电容缺少，取C=47nF因为w0=1/（RC）；所以;R1=470

? ,R2=2.7 k?,R5=3.5 k?,R6=32 k?

所以电路图为

图3.2.4 带通滤波器的原理图

第四章 总电路与仿真效果

图4.1.1路设计图

4.2 仿真结果

将所设计出来的原理图放在仿真软件中仿真，仿真软件用Multisim，则，画好的

XBP1INOUT

C2C433nFVCC5VR1460ΩR22.742kΩ2831330nFU1AC3330nFC5R43.376kΩVCC5V83U2A1V15 Vrms 300 Hz 0° C166nF330nFR31kΩ4AD644JHVDDR632kΩ24-5VR53.56kΩAD644JHVDD-5V

仿真波特图

输入为120mvpp，频率为300Hz的仿真输出

输入为120mvpp，频率为3000Hz的仿真输出：

第五章 调试.

5.1调试

最终制成电路板，将制好的电路板进行调试，将电源，信号源，示波器接好。 调试过程遇到的问题与解决方案：

1） 增益问题

如图3.2.2中的原理图中，R4是电位器可以用来调节增益，由Av=1+错误！未找到引用源。,可知，R4越大增益越大，所以在增益达不到时，调大R4，但是由于该电路是采用压控电压源电路，当增益一大于2，波形就会有点失真，所以R4的值一般调到20K左右，由于该设计是采用了三级电路级联，第二级是采用无限增益多路反馈电路，增益是由电路的C,C1电容控制，由于电容种类的局限，所也不

方便改增益，第三级是一个二阶的压控电压源型的带通滤波器，所以想要调节电路的增益，只需调节图3.2.2中的R4和图3.2.4中的R12就可以调出满意的增益。经调试后，当R4=32K,R12=3.5K，增益比较理想。 2) 中心频率问题

由电路的指标fL=300Hz,fH=3000Hz，可知电路的中心频率是1650Hz，在调试板子时，我发现，按照理论值接上电容电阻后，在第一第二级组成的带通电路中，中心频率能过达到要求，但是第三级的带通滤波器的中心频率对整个电路的中心频率影响很大，在调试中我发现，如图3.2.4中的R13对电路该电路的中心频率的影响很大，换来几个电阻后，发现，R13越大中心频率越小，经调试后发现R13=10k时，中心频率比较理想。 3） 截止频率

上60db/10倍频程，因为第三级的带通滤波器的通频带中不是一条横线，而是一条抛物线，导致fL变大，fH变小，整个电路的通频带变窄，所以在调试第一级第二级时应将通频带调大，根据f= 可知，因为fL太大，所以R应该大一点，同理可知控制高通的R应该小一点，所以图3.2.2中的R1应该变大点，现在取R1=470

?，图3.2.3中的R5应该小一点。取R5=3.5k。

第六章 数据处理与总结

调试完成后，输入为1VPP，测得的数据如下： f（Hz） 0 A(V) 0 100 0.21 550 8.24 1000 10.3 4200 6.84 150 0.72 600 8.8 1200 10.4 200 1.60 650 9.2 1400 10.5 250 2.66 700 9.6 1600 10.3 5000 3.66 300 4.60 750 9.84 1800 9.88 5500 2.56 320 7.11 900 10.1 3500 7.26 6000 1.28 f（Hz） 500 A(V) 7.88 f（Hz） 950 A(V) 10.3 f（Hz） 3600 A(V) 7.10 43000 4500 6.02 5.1

总结：我们这次设计利用了二阶有源低通滤波电路和一个二阶有源高通滤波电路级联成一个带通电路，又在此基础上级联一个二阶有源带通滤波电路，增加衰减频率。因在实验室找不到所要的芯片，故找了功能相似的LM324芯片替代，在满足低通带截止频率高于高通带截止频率的条件下，把相同元件压控电压滤波器的低通和高通起来可以实现带通滤波器的通带响应设计出来的语音滤波器在某种程度上实现了设计要求，截止频率320Hz~3500Hz；电压增益基本符合；阻带衰减速率也满足设计要求

心得体会：通过这次设计语音滤波器，我学到很多，通过对数据的处理计算后，实验数据是符合要求的，这也意味着这次模拟电路课程设计取得成功。这是入学以来第一次从电路的设计到电路板的制作、调试都是自己动手的，加强了我对自己专业的认识，就比如，设计出来的电路在理论上是可行的，但是实际做出来的板子可能也会没有波形出现，因为电容的存在，很多余标签的数据有差错，以及采用了变阻器，这就需要调试，调试又要从理论上找准修改的元器件的值，所以在这次理论与实践相结合的设计中，我收获颇多。

参考文献

1. 康华光 电子技术基础模拟部分（第五版 ）【M】 华中科技大学电子技术课程编 2002

2. 邓谦 刘清平 张琦 黄丽贞《低频电子线路》实验指导书【M】 南昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心 2027

3. 熊新民 曹才开 电工电子技能训练 【M】 北京：电子工业出版社 1998.8.6

附录1

元器件清单

元件序号 U1 U2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2 C3,C4,C5 型号 LM324 主要参数 470Ω 2.7kΩ 1kΩ 3.4 kΩ 3.5kΩ 32kΩ 94nF 47nF 470nF 数量 2 1 1 1 1 1 1 1 1 3 备注 运算放大器 电阻 电阻 电阻 电位器 电阻 电阻 电容 电容 电容

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