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毕业设计方案论文LC带通滤波器的设计与仿真设计.doc
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1、摘 要随着电子信息发展,滤波器作为信号解决不可缺少某些,也得到了迅速发展。LC滤波器作为滤波器一种重要构成某些,它应用相称广泛。因而对于它设计也受到人们广泛关注。如何设计运用简朴办法设计出高性能LC滤波器是人们始终研究课题。本文从滤波器基本概念着手,层层进一步简介了LC带通滤波器设计过程,按照滤波器典型设计办法,运用前人得出某些数据手册,通过对实例研究,简朴设计出了LC带通滤波器。然后把设计出电路在Multisim8.3.30软件上进行仿真,最后把得出成果与通过用matlab 7.1中信号解决工具箱里专用滤波器设计分析工具fdatool设计出滤波器进行对比,得出办法有效性。核心词:LC带通滤波
2、器设计 Multisim8 fdatool 仿真ABSTRACTWith the development of electronic information,signal processing filter as an indispensable part,has been rapid development. LC filter filter as an important part of its application of a broad. Therefore it is designed also to be peoples attention. How to design a sim
3、ple way to design high-performance LC filter people had been studying the subject. From the basic concept of filter start layers of depth on the LC filter with the design process,in accordance with the filter of classical design methods,the use of their predecessors that some data sheet,through the
4、example of the study,the simple Designed to bring the LC filter. And then design a circuit in Multisim8.3.30 software simulation,the results of the final and by using matlab 7.1 signal processing in the toolbox for the filter design analysis tool designed to filter fdatool compared draw The effectiv
5、eness of the method.Keywords:LC band-pass filter design Multisim8 fdatool Simulation目 录第一章 绪论.1 1.1 滤波器简介.1 1.1.1 滤波器概念.1 1.1.2 滤波器种类.2 1.2 LC滤波器概述.4 1.2.1 LC滤波器两种类型.4 1.3 国内外滤波器发展和研究现状.5 1.3.1 滤波器发展状况.5 1.3.2 国内外投入滤波器产业概况.6 1.3.3 滤波器前景.7 1.3.4 几种新型滤波器简介.8 1.4 研究工作概要和内容安排.9 1.4.1 研究工作概要.9 1.4.2 论文章节
6、安排.9第二章 滤波器特性.11 2.1 抱负滤波器特性.11 2.2 实际滤波器特性.14 2.2.1 巴特沃斯特性.15 2.2.2 切比雪夫特性.16 2.2.3 贝塞尔特性.16 2.2.4 椭圆特性.17第三章 LC带通滤波器设计.19 3.1 归一化切比雪夫低通滤波器.19 3.1.1 切比雪夫滤波器.19 3.1.2 阶数决定.20 3.1.3 归一化切比雪夫低通滤器.21 3.2 由低通到带通变换.23 3.2.1 理论分析.24 3.2.2 实际应用.28 3.3 实例研究.30第四章 滤波器仿真.35 4.1 fdatool工具简介和应用.35 4.2 Multisim 8
7、简介及应用.37 4.2.1 电路创立.38 4.2.2 仿真.39结束语.43道谢.45参照文献.47第一章 绪 论当今社会是一种信息化社会,信号解决是人们不可避免问题,因而滤波器作为信号解决装置得到广泛应用。LC带通滤波器作为众多滤波器中一种很小分支,在实际工程应用中也有着极为重要作用。对于从事电路设计与制作技术人员来说,对LC滤波器设计与制作应当有所理解。要设计好一种LC带通滤波器,一方面必要对滤波器有关问题有所理解。1.1 滤波器简介1.1.1 滤波器概念滤波器实质上是一种选频电路,它对某一种或几种频率范畴内电信号给以很小衰减,容许这一某些频率信号顺利通过,而对此外一某些频率信号给以很
8、大衰减,使这某些信号受到较大抑制。滤波器中,把信号可以通过频率范畴,称为通频带或通带;反之,信号受到很大衰减或完全被抑制频率范畴称为阻带;通带和阻带之间分界频率称为截止频率;抱负滤波器在通带内电压增益为常数,在阻带内电压增益为零;实际滤波器通带和阻带之间存在一定频率范畴过渡带。依照通带和阻带所处范畴不同,滤波器可分为四类1: 低通滤波器:它通带由零延伸至某一规定上限频率1,阻带则由2延伸至无限大(21)。 高通滤波器:它频率特性与低通相反;阻带位于低频范畴内,通带则由1延伸至无限大。 带通滤波器:它通带限定在两个有限频率1与2之间,通带两侧均有阻带。 阻带滤波器:它阻带限定在两个有限频率1与2
9、之间,阻带两侧均有通带。1.1.2 滤波器种类依照使用波段和元件不同,滤波器有诸各种类,并且随着技术发展,种类还在不断增长。总来说,滤波器可分为两大类:无源滤波器和有源滤波器。在无源滤波器中,所使用是无源元件。她们在个体或组合状况下,可以把一种形式能量变换为另一种形式,并重新变回到本来形式,换言之,它们必要是谐振性。例如,在一种LC谐振电路中,在电容器电场和电感线圈磁场之间不断发生着能量重复互换。因而,如果两个不同储能装置当互相偶合时,可以以很小损耗实现能量互换,它们就可以被运用为滤波器元件。在一种谐振体中,用来标志能量互换效率一种参数为品质因数或Q值。在某一种规定条件下,如果有几种元件可供选
10、取,普通就选用Q值比较高那种。特别是,当设计一种窄通带带通滤波器时,特别要这样考虑。如果这个滤波器中心频率为0,带宽为,则Q值必要远大雨比值0/。无源滤波器重要涉及如下各种: LC滤波器:由电感和电容这两种集中参数元件构成。在许多应用中,可以假设它们都是无耗纯电抗元件。当规定精密设计滤波器时(只要是窄带带通滤波器设计),则需要考虑元件中不可避免微小损耗。这时可以对无耗滤波器性能按一定办法进行修正。 微波滤波器:普通用于频率在300MHz以上滤波器实现,由微波无源器件构成,如传播线组件、偶合传播线、谐振器和谐振腔,它们不需要电源。 晶体滤波器:由压电谐振器制成。在滤波器应用中,晶体谐振器Q值非常
11、高,在104和105之间,可以用频率范畴从10kHz到200MHz。用石英谐振器制成晶体滤波器相对带宽非常小,不大于10-4。 机电滤波器:由机械谐振器制成。电信号转换为机械振动,通过滤波后机械振动又转换为电信号,种种电能与机械能互相转化办法运用了磁致伸缩效应。物理上各种固体都可以按照下面任意一种方式震动,如纵向、横向、扭转和弯曲等。机械谐振器Q值可以达到104,可用于高大200MHz频率,机械谐振器和压电谐振器都是基于下面事实:在低频段,与相应电磁器件中能量转换相比,势能与动能以声波方式转换更为有效。随着微电子迅速发展,增进了滤波器小型化发展,因而浮现了运用硅片运算放大器和薄膜或厚膜RC元件
12、制成高性能有源滤波器。并且随着可编程器件发展,数字滤波器得到了广泛应用。与模仿滤波器相相应,在离散系统中广泛应用数字滤波器。它作用是运用离散时间系统特性对输入信号波形或频率进行加工解决。或者说,把输入信号变成一定输出信号,从而达到变化信号频谱目。数字滤波器普通可以用两种办法来实现:一种办法是用数字硬件装配成一台专门设备,这种设备称为数字信号解决机;另一种办法就是直接运用通用计算机,将所需要运算编成程序让通用计算机来完毕,即运用计算机软件来实现。1.2 LC滤波器概述由于本文重要对LC滤波器进行研究,因而下面对LC滤波器进行简介。LC滤波器是一种历史最悠久滤波器,上世纪二十年代已经开始应用。今天
13、,它依然被广泛应用于电信技术各个领域中。LC滤波器普通应用范畴可以是不大于1G,做出众可以做到3G,那需要特殊材料和工艺以及经验,事实上咱们自己在普通状况下,可以做到100M就不错了。2300M以上普通都已经需要使用印制线作为电感。而带宽普通在530%,做得好可以做到160%。插损普通为212dB。阻带抑制普通可以做到450dB,好为780dB。国内做得好当数13所和总参57所上海分所。影响LC滤波器应用重要障碍是线圈和电容器参数值比较特殊。也就是说,不能使用原则元件,所用元件是特别订制。特别是难以购买到线圈,订制时需要有一定交货期,如果数量少则价格更高。因此,当需要使用LC滤波器时,往往采用
14、连同设计在内一起交给厂家制作办法。但是,在对性能有特别规定场合,设计者如果常备有制作线圈铁心和绕线架,自己绕制线圈,用RLC测量仪表选取电容器,就可以在短时间内制作出在任意截止频率下特性都比较陡峭滤波器。此外,如果是阶数较低低通滤波器或高通滤波器,也可以用市面上出售原则品微型电感进行简朴设计。1.2.1 LC滤波器两种类型2LC滤波器构成类型有图1.1所示型和型两种。无论怎么连接都可以得到相似特性,型特点是在制止频率下输入阻抗大,而型特点则是输入阻抗小。因此,用OP放大器驱动具有制止频率成为多信号时,T型LC滤波器负载比较轻。此外,在LC滤波器中,L(线圈)价格比C(电容器)高,并且体积比较大
15、,因此往往选用L数目少电路构造。图1.1低通滤波器两种类型(左为T型,右为型)1.3 国内外滤波器发展和研究现状在近代电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛,凡是有能力进行信号解决装置都可以称为滤波器。在所有电子部件中,使用最多,技术最复杂要算滤波器了。滤波器优劣直接决定产品优劣,因此,对滤波器研究和生产从来为各国所注重。1.3.1 滤波器发展状况19美国和德国科学家分别创造了LC滤波器,次年导致了美国第一种多路复用系统浮现。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发展,滤波器发展上了一种新台阶,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
16、努力,其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代后来主攻方向,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飞速发展。到70年代后期,上述几种滤波器单片集成被研制出来并得到应用。80年代致力于各类新型滤波器性能提高研究并逐渐扩大应用范畴。90年代至今在重要致力于把各类滤波器应用于各类产品开发和研制。固然,对滤波器自身研究仍在不断进行。国内广泛使用滤波器是50年代后事,当时重要用于话路滤波和报路滤波。通过半个世纪发展,国内滤波器在研制、生产应用等方面已有一定进步,但由于缺少专门研制机构,集成工艺和材料工业跟不上来,使许多新型滤波器研制应用与国际水平有一段距离。 1
17、.3.2 国内外投入滤波器产业概况当前在全球滤波器市场上仍以日商为重要供应者,并且各家厂商就各类滤波器而言,几乎可供应当类滤波器全系列产品。以村田制作所为例,其所提供滤波器与通讯关于之产品涉及:合用于RF端晶片型LC低通及带通滤波器、SAW滤波器,以及分别合用于1st IF及2nd IFSAW滤波器及陶瓷滤波器等,而产品应用范畴涉及GSM、PCS(CDMA 1900)、AMPS/ADC、PDC800、PDC1500、NTACS/CDMA、PHS及DECT等系统之手机上,可说是相称完整。由于一台手机上所使用滤波器数量虽少,但就产品单价方面,相较于其她被动元件而言却不见得便宜,故在兼顾品质条件之下
18、,滤波器在产品价格上便宜与否也会纳入手机采购考量点之一,以当前各类滤波器价格来说,SAW滤波器平均价格较石英滤波器便宜且易量产,故近年来行动通讯产品逐渐将中频滤波器采购重心由石英滤波器转至SAW滤波器,使得SAW滤波器在全球滤波器市场上需求持续占有相称大比例。依照矢野经济研究所调查1999年度全球各厂商生产滤波器有关资料显示,在RF SAW滤波器生产量方面,全球市场占有率最大者为EPCOS,约31.4%,在IF SAW滤波器方面,也同样由EPCOS拔得头筹,占有率为26.8%,至于在MCF方面,则是由东洋通信机获得领先地位,约30.4%。国内厂商当前已投入之产品则涉及石英滤波器、SAW滤波器、
19、介质共振滤波器及晶片型LC滤波器,1999年行动通讯市场热络之后,某些生产有关滤波器产品新厂商也陆续浮出台面,由于当前在全球滤波器市场上仍以日商为重要生产者,故国内厂商当前在部份滤波器产品上仍以代工为主,但愿能藉此将产品推向国际舞台之上。1.3.3 滤波器前景随着行动电话设计愈来愈轻薄短小及价格大众化趋势之下,使得其在全球通讯市场普及率逐年上升,其中以亚洲地区成长最为迅速,依照香港市调公司AMI调查成果显示,在10底前亚洲各地区行动电话普及率概况如表一,显示在手机普及率大幅提高状况下,似乎想要再度掀起行动电话需求热潮,恐怕得期待换机市场兴起,而由于滤波器为手机内部核心元件之一,其需求成长与否与
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