模电语音滤波器课程设计_.docx

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1、模电语音滤波器课程设计_模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计（模拟电子技术）课程设计讲明书语音滤波器学院：电气与信息工程学院学生姓名：朱如凯指导老师：雷美艳职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：电气本1501班学号：150*完成时间：2017.5.102017.6.6此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计摘要在有源滤波器中,带通有源滤波器是最常用的电子线路。本文我们主要介绍一种二阶带通滤波器：二阶压控电压源带通滤波电路。语音滤波器通过低通、高

2、通和负反应电路组成的。电阻和电容组成滤波系统，而运算放大器和电阻组成放大系统。进而实现截止频率fL=300HZ，fH=3000HZ；通带内增益10倍，阻带衰减速率为-40dB/10f。这里的运算放大器我们常用741集成芯片实现。关键字：二阶有源带通滤波器；通带增益；截止频率；衰减速率。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计AbstractInactivefilter,activebandpassfilteristhemostcommonlyusedelectroniccircuit.Inthispaper,weintroduceatwoorderband-passfilter:twoor

3、dervoltagecontrolledvoltagesourceband-passfiltercircuit.Thevoicefilterthroughalowpasshighpassandnegativefeedbackcircuit.Resistanceandcapacitancefiltersystem,andoperationalamplifierandaresistoramplifiersystem.InordertoachievethecutofffrequencyfL=300HZ,fH=3000HZ;10timespassbandgain,stopbandattenuation

4、rateofoperationalamplifier-40dB/10f.hereweused741integratedchip.Keywords:twoorderactivebandpassfilter;passbandgain;cut-offfrequency;attenuationrate模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计目录绪论(3)1方案设计(4)1.1方案选择(3)1.1.1直流稳压电源方案选择(3)1.1.2语音滤波器方案选择(3)2滤波器的传输函数与性能参数(5)2.1RC有源滤波器的幅频特性(5)2.2二阶RC滤波器的传输函数(6)3电路设计(8)3.1直流稳压电源设

5、计(8)3.1.1电源变压器(8)3.1.2整流电路(8)3.1.3滤波电路(9)3.1.4稳压电路的选择(9)3.2语音滤波器的设计(10)3.2.1设计讲明(10)3.2.2电路设计(10)3.2.3论证(13)3.3整体电路设计(14)3.3.1直流稳压电源整体电路(14)3.3.2语音滤波器电路(14)3.4电路仿真(15)3.4.1直流稳压源仿真(15)3.4.2语音滤波器仿真(15)4安装与调试(17)4.1直流稳压电源的调试(17)4.1.1输出电压的测量(17)4.1.2稳压系数的测量(18)4.1.3纹波电压测量(18)4.2语音滤波器的调试与分析(19)4.2.1调试与分析

6、(19)4.2.2实物数据记载与处理(19)参考文献(22)模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计致谢(23)附录(24)附录A原理图(24)附录BPCB图(25)附录C实物图(26)附录D语音滤波器元器件清单(27)附录E直流稳压电源元器件清单(28)模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计绪论在无线电通信、非电量及微弱信号检测、电视接收机、自动控制等电路中，所能接收到的信号通常都是很微弱的，且其中还湿杂有无用或有害的信号，这对电路的正常工作将会造成影响。为了消除这种影响，就需要用滤波器，便有用信号频率能比拟顺利地通过，而将无用及有害的信号滤掉，或让它们遭到较大的衰减。用电感器和电

7、容器所组成的滤波器属无源滤波器，具有成本低、电路简单的特点。按工作频率的范围，可分为低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器及带通滤波器。低通滤波器只要低频信号能通过而高频信号不能通过;高通滤波器只要高频信号能通过而低频信号不能通过;带阻滤波器只要某一个通频带范围内不能通过，其他都能通过；带通滤波器只要某一个通频带范围内的信号能通过，而在此之外的其他频率的信号不能通过。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计1方案设计1.1方案选择1.1.1直流稳压电源方案选择方案一：整体框图如图1-1,晶体管串联式直流稳压电路。沟通电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从1U输入。同时运

8、用了比拟放大电路,它的核心是调整管,输出电压的稳定管的压降相应改变,使输出电压保持稳定。图1-1直流稳压电源方案一设计框图方案二：如图1-2所示，方案采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从0V起连续可调，因而需要设计电压补偿电路图1-2直流稳压电源方案二设计框图方案一固然电路比拟简单，成本较低，但精度达不到设计要求，方案二通过引入三端集成稳压器，大大提高了输出精度，故采用第二种设计方案。1.1.2语音滤波器方案选择方案一直接由一个带通滤波电路实现设计要求。方案二它由一个低通和一个高通滤波电

9、路组成一个带通滤波器。进而实现一定频率内导通。俩个方案设计大致一样。设计框图能够共用，如图1-3所示。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计2滤波器的传输函数与性能参数2.1RC有源滤波器的幅频特性由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器。其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此范围以外得信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面。但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。它们的幅频特性如图2-1所示。具有理想的幅频特性的滤波器是很难实

10、现的。只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的。常用的逼近方法是巴特沃斯效应。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计在不允许带内有纹波的应用中，采用巴特沃斯响应的滤波器较好。假如给定阶数n和带内允许的偏差，采用切比雪夫响应的滤波器较好。因其阻带衰减速率比巴特沃斯响应的要大的多，但切比雪夫滤波器的相频特性比巴特沃斯的要差。如图2-2所示。一般来讲，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率越快。但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。由于任何高阶的滤波器均能够用较低阶的滤波器级联实现。2.2二阶RC滤波器的传输函数实现表2-1所

11、示传输函数的常数电路有电压控制电压源VCVS电路和无限增益多路反应MFB电路。压控电压源电路，其中运算放大器为同相输入接法，因而滤波器的输入阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。故称这种电路为电压控制电压源电路。其优点是电路性能稳定，增益容易调节。无限增益多路反应电路，其中运算放大器为反相输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反相输入端可视为虚地，输出通过C2、R3构成两条反应支路。故称这种电路为无限增益多路反应电路。其优点是电路有倒相作用，使用元件较少。但增益调节不太方便，对其它性能参数会有影响。其应用范围比VCVS电路要少。表2-1二阶RC滤波器的传输函数此页面能否是列表页或首页？未找到适宜

12、正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计3电路设计3.1直流稳压电源设计3.1.1电源变压器变压器是变换沟通电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有沟通电流时，铁芯或磁芯中便产生沟通磁通，使次级线圈中感应出电压或电流。变压器由铁芯或磁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，变压器的基本原理是电磁感应原理。设计中作用是把220V电网电压降至所需电压，能够选择V220双输出变压V12器。3.1.2整流电路设计中采用桥式整流电路，桥式整流电路因电源变压器在正负半周内都向负载提供电流，变压器得到了充分利用，效率较高，同时它也具有输出电压

13、相对较大、纹波电压相对较小等优点，故采用其作为整流部分电路。整流二极管的参数应知足最大整流电流If1.5Imax=0.75A，最大反向电压VR=43V.整流滤波十分应指出的是，电容滤波使电路被接通的一霎时，整流管的实际电流远大于Imax，假如If较小，很可能在电路被接通时就已经损坏，因而，一般取If5Imax=2.5A。所以整流桥选择2W10.桥式整流电路如图3-1所示。图3-1桥式整流电路图模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计3.1.3滤波电路为了进一步减小纹波电压，使输出电压的波形变得比拟平缓，本次设计采用电容滤波电路，将脉动直流电中的脉动沟通成分尽量滤除掉，而只留下直流成分，使输

14、出电压成为比拟平滑的直流电压，其电路构造图如3-2所示。图3-2电容滤波电路设计中取2)53(TCRL1即LRTC25=2进而能够得到平滑的负载电压曲线。式(2)、(3)中T为电源沟通电压的周期，T=20ms。LR为C右边的等效电阻，应取最小值；mA500max=I，因而maxminIVRLL=3电容滤波电路的负载电压LV与2V的关系为2)2.11.1(VVL=4maxIVRLMAX=(5)将V12=LV，A5.0max=I代入5式，可得=24maxR。再将=24maxR和ms20=T代入4式，解得uF2083=C。可见，C容量较大，应选电解电容，滤波电容越大滤波效果越好，根据设计对纹波电压的

15、要求，能够选择2200uf的电解电容，为电路的安全起见，取耐压值为25V。3.1.4稳压电路的选择稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，进而到达稳定输出电压的目的。一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计设计中选择三端集成稳压管7812/7912及7805/7905，其输出电压和输出电流均知足指标要。.选择的LM7812T固定式三端稳压器的特性参数为：输入电压iU=19V，输出电压范围为0U=11.412.6V，最小输入电压iminU=12V，电压调整率为+3mV，最大输出电流为1

16、A。选择的L7912CV固定式三端稳压器的特性参数为：输入电压iU=19V,输出电压范围0U=11.412.6V，最小输入电压为12V，电压调整率为3mV，最大输出电流为1A。3.2语音滤波器的设计3.2.1设计讲明考虑到实用性，带负载能力要比拟强，要知足输入阻抗应足够高，输出阻抗应够小；要知足阻带衰减频率-40db/10倍频程，有两种考虑方案：一种是用一阶滤波器进行级联，另一种直接采用二阶滤波器，本设计中采用第二种。考虑到电路的稳定性及增益AV=10，应采用有源滤波器。集成有源滤波器有如下优点：1、在制作截止频率或中心频率较低的滤波器时，能够做到体积小、重量轻、成本低；2、由于采用集成电路，

17、所以受环境条件如机械振动、温度、湿度、化学因素等的影响小；3、受电磁干扰的影响小；4、由于采用集成电路，可避免各滤波节之间的负载效应而使滤波器的设计和计算大简。综合以上原因我选择集成运放做语音滤波器。3.2.2电路设计方案：利用低通高通级联来组成一个带通。原理图如图3-3所示：此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计图3-7二阶高通滤波设计表根据要求及设计表我选择的设计方案如下：低通部分选择压控电压源电路，增益2；高通部分选择压控电压源电路，增益为5；然后将两者级联。对于低通部分：根据设计要求由图3

18、-6、3-7可选参数值为R6=0.8K,R7=1.59K,R8=1.06K，R9=1.06K由设计表上给出的计算公式得出C3=C4=0.047uFk=100/fc*c，在本设计中K=5。对于高通部分：参数值为R1=0.97K,R2=1.2K,R3=4.8K,R5=3.2K，由设计表上给出的计算公式得出C1=C2=0.3uFk=100/fc*c，在本设计中K=5。3.2.3论证在知足低通截止频率高于高通截止频率的条件下，把一样元件压控电压滤波器的低通和高通起来能够实现带通滤波器的通带响应。用该方法构成的带通滤模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计波器的通带较宽，通带截止频率易于调整，因而多

19、用做测量信号噪声比(SN)的音频带通滤波器。3.3整体电路设计3.3.1直流稳压电源整体电路在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电。他是由电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。图11直流稳压电源仿真电路3.3.2语音滤波器电路由低通和高通电路共同组成。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计图4-1输出波形图4.1.2稳压系数的测量稳压系数是指在负载电流I0、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即稳压系数)/(

20、)/(11rVVVVSoo?=IO=常数，T=常数7)/()/(iioorVVVVS?=/)(198242/(22021oooVVV-=8根据上述测量方法，可对正负双电源进行仿真测试，测试数据如下：当V198=iV时，测得数据为：V17.122=+oV，V13.122-=-oVV02.51=+oV，V98.41=-oV当V242=iV时，测得数据为：V16.122=+oV，V12.122-=-oVV98.41=+oV，V98.41-=-oV当V220=iV时，测得数据为：V14.12=+oV，V11.12-=-oVV98.41=+oV，V97.41-=-oV由以上所测数据，可得稳压系数为：)/

21、()/(0oiirVVVVS?=+/)(198242/22021+-=oooVVV00412.0)/()/(iioorVVVVS?=-/)(198242/(22021-=oooVVV00413.04.1.3纹波电压测量叠加在输出电压上的沟通分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值VOP-P；用可用沟通毫伏表测量其有效值VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。通过沟通毫伏表测量的纹波电压大概都在0.32mV到0.6mV之间浮动。通过示波器能够得出下面的波形图，能够看见在毫伏级别仍然存在微小的沟通分量。但是示波器读数大约在4.8-10mV左右，略微大于理论要求值。

22、实际纹波电压测量图模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计如图4-2。图4-2纹波电压波形图4.2语音滤波器的调试与分析4.2.1调试与分析根据仿真图，在AD软件上画出原理图和PCB图。并根据画出来的PCB图进行制板。接下来的焊接相对而言比拟简单。焊接好拿去实验室进行测试，在测试中，还是出来了一些错误，请教了教师后才明白原来是实物与理论存在着一定的误差，只要误差在一定范围内就能够了。经过教师的指导，我们成功测出语音滤波器的几个技术指标。总的来讲，设计相对成功，就是存在一些误差。4.2.2实物数据记载与处理语音滤波器不同频率下的波形如图4-3。仿真数据如表1。表1输入电压i=1.0V时频率输

23、入电压输出电压电压增益/分贝59.71.080.384-9600.21.054.6312.9模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计10001.05615.215061.056.7116.120061.056.7116.132091.034.6312.93202010.053-25.5数据分析：实际测量中，发现通带增益是16.1分贝，达不到20分贝；衰减速率是-38.4db/10f，也存在着误差，通带范围为6003200HZ之间。实际技术指标与理论指标存在着误差，误差分析另外单独写。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计图4-3语音滤波器

24、实际输出波形图误差分析：1实际购买元器件达不到理想值。电阻电容存在误差。2稳压电源提供的电压并没有到达额定值。3测量仪器在测量时存在误差。4电阻没有采用电位器调节，使用电位器能减少误差。参考文献1康华光.电子技术基础M.模拟部分(第五版)北京：高等教育出版社，2006.15202谢自美.电子线路设计实验测试M(第三版)武汉：华中科技大学出版社2005.26363邱光源.电路M(第5版)北京:高等教育出版社,2002.1252044曹才开，张丹，罗雪莲，等.电路与电子技术实验M.湖南：中南大学出版社，2020.156158，141146，2872935熊幸明，曹才开，王新辉.电工电子实训教程M.

25、北京：清华大学出版社，2007.3441,2833006.青木英彦、周难生.模拟电路设计与制作M；科学出版社20207.王港元.电工电子实践指导M；江西科学技术出版社20078劳五一，劳佳.模拟电子电路分析、设计与仿真M；清华大学出版社2020模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计致谢通过本次的课程设计，让我体会到学习模拟电路这门课程，不仅要把握好理论的知识，还要通过理论来联络实际。同时注意到在实际经过中很难做到与理论一样的结果。在此次设计中我根据书上的公式推出实验所需要的参数，设计这个带通滤波电路我使用了两种方法。采用了压控和无限增益的方法。设计好之后拿去实验室调试，发现采用无限增益的

26、方法产生的误差还是比拟大的。我检查了电路发现电路板有个地方焊错了的。还有计算电阻的时候没有计算的很准确，也由于找不到那个阻值的电阻，所以就用比拟接近的阻值代替了。再加上这块电路板的焊点不是很均匀，存在很多缺乏的地方，所以使得实验测出的数据误差比拟大。在设计压控这个电路图的参数时候，我算出结果，而且请教了其他同学一起帮助计算，发现算出的阻值都不怎么一致，后来我通过用软件仿真才找到一个比拟合理的参数，但是小电阻很难买到了，我只能用电位器来代替。在做实验之前我们应该多进实验室去调试，尽量早点发现问题早点解决，而不是盲目的在设计或做实验。总之，此次课设收获很多，感受也很多，为以后的学习带来了偌大的帮助。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。模电语音滤波器课程设计模电语音滤波器课程设计图23语音滤波器实物图附录D语音滤波器元器件清单序号名称型号与规格数量备注1PCB实验板100*1501块2电容0.1uF2个无极性电容3集成运算放大器uA7412个U1-U44电阻1K4个5电阻1.5K1个6电阻3K1个7电阻1.2K1个8电阻4.7K1个9电容0.047uf1个此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。此页面能否是列表页或首页？未找到适宜正文内容。