濾波電路的設(shè)計與仿真精選(九篇)

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第1篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

【關(guān)鍵詞】微帶濾波器;低通分布參數(shù)

Abstract：This paper introduces the specific parameters of microstrip low-pass filter of the production process.Data generation and the lumped parameter and distributed parameter is introduced in detail.The simulation results show that the circuit and parameters of this design can satisfy the design index.This design method has significance to development of low-pass filter.

Key words：MicrostripFilter;Low-Pass;Distribution Parameter

1.設(shè)計指標(biāo)

本文設(shè)計針對最高工作頻率為6GHz的微帶濾波器，微帶線基片厚度為1mm，相對介電常數(shù)為=2.65，預(yù)期最終達(dá)到以下指標(biāo)：

（1）微帶線特性電阻為50。

（2）最高工作頻率為6GHz。

（3）帶內(nèi)衰減為0.1dB。

（4）在頻率10GHz時衰減大于30dB。

（5）工作溫度：-45℃～+65℃。

2.集總參數(shù)濾波電路設(shè)計

為了保證濾波器在6GHz處也能滿足指標(biāo)，特選取=6.5GHz，在=10GHz時，采用切比雪夫特性的濾波器，根據(jù)帶外衰減陡度的要求確定濾波器的節(jié)數(shù)n，衰減波紋為1db，查表得到低通原型濾波器歸一化元件參量值：

g1=2.1349 g2=1.0911 g3=3.0009 g4=1.0911 g5=2.1349 g6=1.0000

由歸一化元件參數(shù)值換算成實際濾波器的集中參數(shù)元件參量值后，得到：

由此在ADS上進(jìn)行集總參數(shù)低通濾波器的仿真，仿真結(jié)果表明，在10GHz該電路雖然能達(dá)到30dB的衰減，但是在6GHz通帶內(nèi)的帶內(nèi)波紋系數(shù)太大，無法滿足預(yù)設(shè)的帶內(nèi)0.1dB的衰減。

因此也證明隨著電路工作頻率的升高，不再適合于使用集總參數(shù)元件構(gòu)造濾波電路。一般情況下，當(dāng)工作頻率高于500MHz后，就不再適用于集總參數(shù)濾波電路。所以需要使用基于分布參數(shù)電路構(gòu)建的濾波電路。

3.集總參數(shù)轉(zhuǎn)換為分布參數(shù)方法

1）Richards變換：即利用一定長度的終端開路或者終端短路無耗傳輸線構(gòu)造等效的電容或者電感，從而可以實現(xiàn)使用分布式參數(shù)電路替換集總參數(shù)濾波電路中的相應(yīng)原件。

2）Kuroda規(guī)則：即是一種利用單位元件進(jìn)行電路變換的規(guī)則（如圖1所示）。

得到各個阻抗的大小值，乘以阻抗50得到真實阻抗值：Z1=Z5=2.468的實際值為123.4，Z2=Z4=0.412的實際值為20.6，Z3=0.3323的實際值為16.615，ZUE1=ZUE2=1.41的實際值為70.5，ZUE3=ZUE4=1.681的實際值為84.05。

圖1 微帶濾波器結(jié)構(gòu)圖

利用Richards變換將電感用短路線代替，電容用開路線代替。利用Kuroda將串聯(lián)線變?yōu)椴⒙?lián)線段，在濾波器的輸入、輸出端口引入兩個單位元件，設(shè)計出的電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4.電路仿真設(shè)計

根據(jù)此設(shè)計結(jié)果，利用ADS軟件調(diào)用微帶部分的仿真結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合仿真，得到分布參數(shù)電路原理圖，進(jìn)而得到版圖，如圖2所示，使用的板材是聚四氟乙烯玻璃纖維板F4B，相對介電常數(shù)εr為2.65，板厚1mm，覆銅厚度17um，結(jié)構(gòu)。

圖2 微帶低通濾波電路

通過版圖仿真特性圖3，其S（2，1）可看出在6GHz里，通帶衰減很小，一過6GHz后，衰減開始增大，當(dāng)頻率到達(dá)10GHz后達(dá)到了30db的衰減，基本滿足微帶線低通濾波器的設(shè)計要求。

圖3 版圖仿真特性圖

5.總結(jié)

本文對于低通濾波器的制作，突出了分布參數(shù)低通濾波電路在中高端頻率的優(yōu)點。介紹了集總參數(shù)到分布參數(shù)的轉(zhuǎn)換方法，其研究方法可以推廣到類似濾波器的開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉若冰，孫厚軍，等.X波段微帶高低阻抗線低通濾波器設(shè)計[J].微波學(xué)報，2012（8）：281-284.

第2篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

基于課程特點以及電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的授課方式已不能適應(yīng)日益發(fā)展的技術(shù)要求。在多年的教學(xué)實踐與改革中，本教學(xué)中心不斷探索，逐漸將現(xiàn)代電子設(shè)計自動化技術(shù)的新方法、新工具和新手段應(yīng)用于教學(xué)環(huán)節(jié)。本文以“頻率補(bǔ)償電路”為例，講述multisim仿真工具、filterlab濾波器設(shè)計軟件、protel DXP電路設(shè)計軟件等新工具在電子線路設(shè)計課程中的應(yīng)用。

1 頻率補(bǔ)償電路設(shè)計

頻率補(bǔ)償電路是對某傳感器電路模塊（如圖1所示）的高頻特性進(jìn)行補(bǔ)償，使其-3dB截止頻率為50KHz。

圖1 傳感器電路

經(jīng)理論分析，該模塊的傳遞函數(shù)為：

（1式）

由傳遞函數(shù)可得該系統(tǒng)的零點為（13.2kHz），二重極點為（6.6kHz）。采用零、極對消方式，對該模擬模塊的高頻特性進(jìn)行頻率補(bǔ)償，則頻率補(bǔ)償電路的傳遞函數(shù)為：

（2式）

其中f1為頻率補(bǔ)償后系統(tǒng)的-3dB截止頻率。

當(dāng)S=0時，系統(tǒng)傳遞的為直流量，此時H0（s）=1，可求得K約為18.07

故 （3式）

由3式可知該頻率補(bǔ)償電路可由兩個低通濾波電路和一個全通濾波電路并聯(lián)而成。傳遞函數(shù)分別為為1、、 。由于常數(shù)A、B（正或負(fù)）的存在，低通濾波和帶通濾波電路后還應(yīng)加入放大或衰減電路（同相或反相）環(huán)節(jié)。

2 《電子技術(shù)課程設(shè)計》課程安排及要求

第一階段：教師講解整個設(shè)計系統(tǒng)要求、各項技術(shù)指標(biāo)的含義，使學(xué)生對整個設(shè)計有初步了解和認(rèn)識。同時完成學(xué)生的分組，兩人一組自愿組合，做好前期準(zhǔn)備。

第二階段：教師系統(tǒng)地講解整個設(shè)計中所需要用到的新技術(shù)和新工具，采用專題的方式講解multisim仿真工具、filterlab濾波器設(shè)計軟件、protel DXP電路設(shè)計軟件，并安排學(xué)生輔以簡單的練習(xí)，以達(dá)到初步掌握的目的。

第三階段：學(xué)生根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，查找相關(guān)資料，對方案進(jìn)行具體論證。用filterlab濾波器設(shè)計軟件按要求設(shè)計兩個低通濾波器，確定濾波器的電路形式及參數(shù)；用multisim仿真工具對各單元電路進(jìn)行仿真，最終完成整體電路仿真，實現(xiàn)截止頻率為50KHz。

第四階段：學(xué)生完成電路板的制作，利用protel DXP電路設(shè)計軟件完成原理圖及PCB板繪制，并且完成PCB的制作及元器件的焊接、調(diào)試。

第五階段：學(xué)生完成整個設(shè)計系統(tǒng)的整機(jī)聯(lián)調(diào)，測試技術(shù)指標(biāo)，完成設(shè)計報告。設(shè)計報告包括：系統(tǒng)方案論證；各單元電路參數(shù)的選擇與計算；各單元仿真電路及仿真結(jié)果；各單元電路的調(diào)試及實際改進(jìn)的電路圖；系統(tǒng)測試結(jié)果；全文總結(jié)。

通過對“頻率補(bǔ)償電路的設(shè)計”這一電子線路設(shè)計課題，學(xué)生學(xué)會了multisim仿真工具、filterlab濾波器設(shè)計軟件、protel DXP電路設(shè)計軟件等新工具在電子線路設(shè)計中的應(yīng)用。圖3是學(xué)生利用multisim仿真工具得到的50KHz截止頻率的波特圖，圖4是利用protel DXP電路設(shè)計軟件完成了頻率補(bǔ)償電路的PCB板繪制。

由此可見，采用此種教學(xué)方法，學(xué)生不僅能夠很好的使用新工具、新技術(shù)，而且清楚的掌握電子線路綜合設(shè)計的一般方法和設(shè)計流程。通過具體設(shè)計的實現(xiàn)，能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深對理論知識的理解，提高實際解決能力，有利于系統(tǒng)地、科學(xué)地培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、工程設(shè)計能力及創(chuàng)新設(shè)計能力。

圖3 multisim仿真50KHz截止頻率的波特圖

圖4 頻率補(bǔ)償電路的PCB板

參考文獻(xiàn)：

[1]謝自美.電子線路設(shè)計.實驗.測試（第二版）[M].華中理工大學(xué)出版社.

[2]劉樹棠.信號與系統(tǒng)（第二版） [M].西安交大.

[3]尹勇 李林凌.Multisim電路仿真入門與進(jìn)階[M].科學(xué)出版社.

[4]Filterlab 2.0 user’s guide，Microchip.

[5]馬丕明等.一種“電子線路課程設(shè)計”教學(xué)平臺[J].電子電氣教學(xué)學(xué)報，第34卷，第2期，2012，4.

作者簡介：

[1]汪文蝶，女，出生年月：1985年9月，碩士，初級實驗室，四川師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，主要從事單片機(jī)、電子線路設(shè)計等研究工作。

第3篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

“數(shù)字信號處理”課程是高等學(xué)校電子信息類專業(yè)的主干課程，理論概念復(fù)雜抽象，涉及到大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，學(xué)生理解和掌握起來有一定難度。因此，很多高校以MATLAB軟件作為仿真平臺，完成一些基本理論和數(shù)字濾波器設(shè)計理論的仿真實驗，這樣對于學(xué)生理解數(shù)字信號處理的基本概念和理論有一定的幫助，但如何結(jié)合相關(guān)理論設(shè)計實際的DSP電路系統(tǒng)成為課程教學(xué)發(fā)展的主要瓶頸[1][2][3][4]。因此，我系開設(shè)了“DSP電路設(shè)計”課程，通過基于模型設(shè)計的現(xiàn)代電路設(shè)計流程，采用MATLAB軟件和Xilinx公司的Zed Board開發(fā)板作為實踐的軟、硬件平臺，為學(xué)生提供一個實現(xiàn)DSP系統(tǒng)較為完整的工程實現(xiàn)方法和流程。

1.基于模型設(shè)計的現(xiàn)代電路設(shè)計流程

Simulink[5]是基于模型設(shè)計的開發(fā)平臺和工具，對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬、仿真、分析。Simulink提的系統(tǒng)基本模型庫包括各類信號源，信號終端，各種線性和非線性器件、連線、插件等;Simulink提供兩種HDL代碼自動生成工具：（1）HDL Coder可以將用戶自定義的函數(shù)、Simulink 模型、和State?ow圖生成簡潔、可綜合的 VHDL或者Verilog代碼。（2）Filter Design HDL Coder可以將DSP系統(tǒng)工具箱設(shè)計的定點濾波器生成簡潔、可綜合的VHDL或者Verilog代碼。電路的綜合、布局布線、實現(xiàn)工具由Xilinx公司的ISE或者Vivado完成，整個設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 基于模型設(shè)計的現(xiàn)代電路設(shè)計流程

2.理論課程部分

理論課程部分主要立足與Xilinx公司的ZedBoard板卡的硬件資源，并補(bǔ)充一些與實際應(yīng)用緊密相關(guān)理論預(yù)算法。主要包括定點數(shù)與浮點數(shù)、數(shù)據(jù)量化、關(guān)鍵路徑分析、加減乘除電路、乘累加單元電路、FIR濾波器、IIR濾波器在FPGA上的實現(xiàn)。為了鍛煉學(xué)生實際系統(tǒng)的設(shè)計能力，還增加了CORDIC算法和在基帶電路廣泛應(yīng)用的級聯(lián)積分梳狀 CIC（Cascade Integrator Comb）濾波器相關(guān)內(nèi)容。通過理論知識與實際DSP系統(tǒng)的緊密銜接，幫助學(xué)生對理論知識的進(jìn)一步深入理解。

3.實驗課程部分

實驗課程部分包括兩部分：基礎(chǔ)設(shè)計實驗和綜合設(shè)計實驗[6]。實驗平臺軟件采用Simulink完成模型設(shè)計與代碼轉(zhuǎn)換，Xilinx公司的Vivado完成代碼的綜合、布局布線、FPGA電路實現(xiàn);硬件采用Xilinx公司最先進(jìn)的7系列ZedBoard開發(fā)板。將先進(jìn)的硬件和基于模型設(shè)計的現(xiàn)代電路設(shè)計流程融入到實驗教學(xué)環(huán)境中，直接業(yè)界流行的工程開發(fā)流程接軌，這樣有利于學(xué)生在未來工作環(huán)境中適應(yīng)力德提升。

（1）基礎(chǔ)設(shè)計實驗

基礎(chǔ)設(shè)計實驗主要以模仿和驗證為主，使學(xué)生快速掌握基于模型設(shè)計進(jìn)行DSP系統(tǒng)的開發(fā)流程，熟悉ZedBoard開發(fā)板的硬件相關(guān)資源，為后續(xù)綜合設(shè)計實驗奠定良好基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)計實驗主要分為三 部分。

第一部分通過建立一個簡單的DSP系統(tǒng)，讓學(xué)生熟悉利用基于模型設(shè)計的現(xiàn)代電路設(shè)計流程實現(xiàn)DSP系統(tǒng)，并完成FPGA開發(fā)板上的調(diào)試。通過該部分實驗，學(xué)生可了解 浮點系統(tǒng)與定點系統(tǒng)的區(qū)別，運算電路的數(shù)據(jù)溢出，數(shù)據(jù)位寬的量化，以及如何根據(jù)芯片邏輯資源規(guī)劃電路的實現(xiàn)，進(jìn)一步理解實際系統(tǒng)與理論的區(qū)別與聯(lián)系。

第二部分設(shè)計一個復(fù)雜、完整的DSP系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)包括信號源的輸入和相關(guān)濾波器的設(shè)計，通過軟硬件協(xié)同仿真的方式加深學(xué)生對于理論仿真與系統(tǒng)實際仿真的區(qū)別，提高學(xué)生在線調(diào)試DSP系統(tǒng)的能力。

圖2 基于模型設(shè)計的軟硬件協(xié)同仿真DSP系統(tǒng)

圖3 GSM系統(tǒng)中的DDC濾波器組成

第三部分是主要是一些與課程理論相關(guān)的一些新技術(shù)知識的應(yīng)用實驗，例如GSM（Global System系for Mobile Communications）統(tǒng)中的DDC（Digital Down Converter）濾波器設(shè)計。輸入信號的采樣率為69.333MHz，輸出信號的采樣率為270.832MHz。為了滿足設(shè)計規(guī)范要求，該DDC由三級濾波組成，如圖3所示。第一級為CIC濾波器;第二級為補(bǔ)償FIR濾波器，補(bǔ)償?shù)谝患壨◣?nèi)的衰減;第三級為編程可調(diào)的FIR濾波器，完成DDC濾波器的總的通帶增益和采樣率調(diào)整。該實驗涉及知識面有一定深度、模型設(shè)計復(fù)雜，實驗的完成使學(xué)生進(jìn)一步提高整個DSP系統(tǒng)的設(shè)計能力。

（2）綜合設(shè)計實驗

課程末期安排學(xué)生分組完成綜合設(shè)計，設(shè)計題目是結(jié)合教師的教學(xué)工作和相關(guān)科研項目提出，例如：基帶系統(tǒng)的信道編碼系統(tǒng)設(shè)計、語音信號的數(shù)字濾波系統(tǒng)設(shè)計、圖像信號消噪聲濾波系統(tǒng)設(shè)計等。學(xué)生確定題目后，根據(jù)設(shè)計要求和實驗平臺，查閱資料，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。實驗成后現(xiàn)場演示實驗結(jié)果，采用答辯方式說明設(shè)計思路及方案，提交實驗設(shè)計報告。通過完成綜合設(shè)計實驗，學(xué)生可以提高團(tuán)隊合作的能力、綜合應(yīng)用相關(guān)知識解決實際問題的能力，為未來的實際工作奠定基礎(chǔ)。

第4篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

關(guān)鍵詞：電調(diào)濾波器；通帶插損；阻帶抑制；諧振回路

中圖分類號：TN41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004―373X(2008)04―107―03

1 引 言

通信對抗系統(tǒng)需要在復(fù)雜的信息環(huán)境下實現(xiàn)對信號的處理，需要濾波器實現(xiàn)信號的選擇，濾波器主要應(yīng)用于分離信號、抑制干擾，這是濾波器最廣泛和最基本的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，他使所需要頻率的信號順利通過，對不需要的頻率產(chǎn)生抑制。當(dāng)前的通信系統(tǒng)隨著實際的需要，要求濾波器低插損、低帶內(nèi)波動、高信號選擇性，同時體積盡可能小，以滿足靈敏度和動態(tài)范圍的要求。電調(diào)濾波器具有體積小、工作頻帶寬的優(yōu)點，可很好地抑制二階組合信號，有著廣闊的應(yīng)用前景。

本文利用微波電路CAD設(shè)計軟件，結(jié)合可靠的設(shè)計理論來進(jìn)行電路設(shè)計，可以避開復(fù)雜的理論計算，極大地提高設(shè)計準(zhǔn)確性和效率，，有效縮短研制周期，降低成本。Agilent公司的ADS軟件由于其強(qiáng)大的功能而廣泛應(yīng)用于射頻微波電路的仿真和優(yōu)化設(shè)計。

2　理論分析

100～250 MHz的電調(diào)濾波器可采用LC電調(diào)諧振濾器設(shè)計方法，改變變?nèi)荻O管的可調(diào)電容進(jìn)行電調(diào)濾波，根據(jù)帶寬，插入損耗，幅度一致性的綜合要求對濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

LC電調(diào)諧濾波器實際上就是同步調(diào)諧濾波器，他由若干個中心頻率調(diào)諧于Wo的并聯(lián)諧振回路組成之所以用并聯(lián)形式，由于串聯(lián)時偏置回路復(fù)雜，至少需要一個電阻且電感的雜散電容不易被吸收。選擇同步調(diào)諧濾波器的一個關(guān)鍵要素在于這種濾波器能夠以簡單的電路形式實現(xiàn)電調(diào)諧，而其他形式的濾波器并非不能實現(xiàn)電調(diào)諧而是要實現(xiàn)電調(diào)諧的電路較復(fù)雜，且所需變?nèi)莨芊N類多，其電特性也極不易同時滿足需要。設(shè)計LC電調(diào)諧濾波器實際相當(dāng)于設(shè)計諧振放大器，只是這里變?nèi)莨艹蔀殡娐返暮诵摹，F(xiàn)對變?nèi)莨苤C振電路略做討論和分析。

2.1 變?nèi)荻O管諧振回路

圖1和圖2給出2種基本變?nèi)荻O管并聯(lián)諧振回路。在圖1所示電路中，調(diào)諧電壓通過扼流電感和偏置電阻Rb加到變?nèi)莨苌希?lián)電容s使交流電路閉合，同時把變?nèi)莨艿呢?fù)極與并聯(lián)電感隔離開，從而使調(diào)諧電壓能正確加載。電路中還并聯(lián)了一個固定電容Gpo放在偏置電阻前的退耦電容容量很大，相當(dāng)于交流接地，故在后續(xù)的討論中可不予考慮。對高頻交流信號而言，偏置電阻和串聯(lián)電容是并聯(lián)的。通過網(wǎng)絡(luò)變換將其變換到并聯(lián)諧振回路中，該等效并聯(lián)電阻Rc為：

該假設(shè)具備一般的代表意義，因為實際電路中，串聯(lián)電容Cs的值取通常取得盡可能大，而并聯(lián)電容cp取值則盡量小。這種電路中，偏置電阻Rb的影響要比在圖1所示電路大。所以一般說來，圖1比圖2所示電路更為可取。但在希望通過偏置電阻Rb增加諧振電路在頻率高端處的衰減時例外。

2.2 變?nèi)莨苤C振回路中的并聯(lián)和串聯(lián)電容

電容通常和變?nèi)荻O管串聯(lián)，為了閉合交流電路，同時考慮到加直流電壓的便利，一般把變?nèi)莨艿囊欢撕碗娐菲渌糠指糸_，使調(diào)諧電壓能直接加在二極管上，串聯(lián)電容Cs應(yīng)盡量大以便有效電容變化不受影響，然而在一些情況下卻不是如此，例如在接收機(jī)的振蕩電路中，中頻和接收頻率處于同一數(shù)量級時，串聯(lián)電容的影響必需考慮。在變?nèi)莨芙Y(jié)電容Gtot串聯(lián)一個電容cs后，調(diào)諧電容值減少為：

圖1到圖2所示的并聯(lián)電容Cp總是存在的。因為電感線圈匝間電容是不可避免的，每個電感均有其自電容，把這個自電容等效為并聯(lián)的電容Cp，且認(rèn)為是無耗的，則總的調(diào)諧電容值升高。如果Cs足夠大，可以忽略他的影響，則得到有效調(diào)諧電容為：

由式(11)不難看出，即使并聯(lián)電容相Cp當(dāng)小，也能引起有效電容變比的明顯下降。因此設(shè)計電路時就必須使電感的自電容盡可能地小。

2.3 變?nèi)莨苤C振回路的調(diào)諧范圍

考慮圖1所示變?nèi)莨苤C振電路，不難看出回路的頻率調(diào)諧范圍依賴于變?nèi)莨艿挠行щ娙葑儽群碗娐分胁?、串?lián)電容的大小。

經(jīng)過簡單的計算可得到如下調(diào)諧比表達(dá)式：

2.4 變?nèi)莨苤C振回路的跟蹤

一些設(shè)備要求在調(diào)諧時，2個或多個同時調(diào)諧的電路之間的頻率關(guān)系保持恒定，即稱之為跟蹤(Tracking)。這要求各變?nèi)莨茉谌我庹{(diào)諧電壓時的偏差均很小。在要求覆蓋相同的頻率寬度，但各自的起止頻率不同時。(比如超外差式接收機(jī)中本振和射頻電路就是這樣)，就需要特別留意減小跟蹤誤差。根據(jù)前述對不同的變?nèi)莨?，可以通過串聯(lián)或并聯(lián)不同的電容來減小跟蹤誤差，其所必須預(yù)先考慮的頻偏可描述為：

3 電路仿真

通常，電調(diào)諧濾波采用雙極點調(diào)諧濾波，諧振回路分為串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路，通過電感或電容進(jìn)行耦合。此電調(diào)濾波器采用的是并聯(lián)諧振回路，用電感進(jìn)行耦合。在進(jìn)行仿真之前，需要建立仿真模型和設(shè)計各種參數(shù)?；谝陨夏Ｐ?，利用ADS軟件對電調(diào)濾波器進(jìn)行電路設(shè)計和仿真。由于系統(tǒng)要求對該電調(diào)濾波器進(jìn)行AGC控制，所以在仿真時加入雙柵FET。傳輸函數(shù)szi、頻率范圍設(shè)在10～350 MHz、電容在2.6～39 pF之間變化，仿真使用的放大器是NE25118。最終的ADS模型仿真結(jié)果如下面兩組曲線所示。若LC濾波器不使用放大器，仿真結(jié)果中可以看出濾波器的插損在2～3dB左右。

4　試驗結(jié)果及討論

仿真后依照仿真的結(jié)果選擇印制板材料FR4，厚度，設(shè)計PCB微帶線寬高比，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配時，一定要考慮結(jié)構(gòu)緊湊、合理，最后用惠普公司的網(wǎng)絡(luò)分析儀來測試濾波器。

元件品質(zhì)因素Q不夠大，會在截至范圍內(nèi)使頻率響應(yīng)下凹或變圓滑，有限的Q值也將引起任意阻帶的零點附近的抑制變差，使得濾波器的插入損耗增加。所以使用Q值較大的變?nèi)荻O管和電感時，濾波器波形得到明顯改善，但由于實際原因，測試時用的是國產(chǎn)變?nèi)莨躗TV9800，Q值較低，所以對波形有一定的影響。由于考慮到在系統(tǒng)中，對此電調(diào)濾波器將進(jìn)行AGC控制，即電路自適應(yīng)地調(diào)整信號通道增益的裝置能保證模擬信號不超出模擬器件的線型范圍，所以項目采用工作頻率在100～1300 MHz的雙柵FETS888T作為放大器，由于實際采用的放大器和設(shè)計時用的放大器存在差異，放大倍數(shù)也不相同，故測試結(jié)果和仿真結(jié)果相比，得到的Szi。值不同，且波形也存在一定差異，這些問題有待進(jìn)一步解決。圖5，圖6為在各個調(diào)諧電壓(DC)下的測試結(jié)果。

加上不同的直流偏壓時，變?nèi)荻O管的電容值會發(fā)生改變，單個諧振器的諧振頻率也發(fā)生變化，濾波器的中心頻率相應(yīng)地發(fā)生移動，從而實現(xiàn)濾波器的電調(diào)。

從測試中可以看出，調(diào)諧頻率100～250 MHz，隨著中心頻率的增大，相對帶寬雖略有所增大但變化不大，都是窄帶濾波器。在增益方面，放上放大器以后，100～250 MHz頻段內(nèi)增益在7.5～12 dB之間，全頻段幅度一致性在4 dB以內(nèi)，帶外抑制大于40 dB，并具有良好的溫度性能和較小的插入損耗(選用GaAs高Q值的變?nèi)莨芸傻玫竭M(jìn)一步改善)，符合實用要求，也和仿真結(jié)果相符合。

在理論上，濾波器的波形左右兩邊應(yīng)該是大致對稱的，但在測試結(jié)果中100 MHz左右有一個很陡的衰減是因為放大器的下限工作頻率在100 MHz以上，所以100 MHz以下的信號沒有得到放大而造成的。若能采用工作頻率的起始頻率在100 MHz以下的放大器，上圖低頻段的波形將會改善很多。值得一提的是，在有源濾波器中選擇放大器時要慎重考慮放大器的直流失調(diào)和擺率限制等問題。

第5篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

【關(guān)鍵詞】multisim;穩(wěn)壓電源;仿真

Abstract：It is easy to change the parameter of the power circuit，it is intuitive to check waveform and numerical variation of the output voltage，which has high-accuracy simulation and without real hardware devices，improved efficiency of design，saving circuit cost，that is the series power supply circuit is simulated by multisim.

Keywords：Multisim;Power circuit;Simulate

1.引言

Multisim已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電路的分析和設(shè)計中，它不僅使得電路的設(shè)計和試驗的周期縮短，還可以提高分析和設(shè)計能力，實現(xiàn)與實物試制和調(diào)試相互補(bǔ)充，最大限度地降低設(shè)計成本。使用Multisim軟件來仿真電路，具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特點1。如今要用multisim設(shè)計一個單相小功率（小于100W）的直流穩(wěn)壓電源，電源的指標(biāo)參數(shù)如下：（1）輸入電壓220V，50Hz;（2）輸出直流電壓范圍：8V～13V，連續(xù)可調(diào)，額定輸出電壓為9V;（3）最大輸出電流0.1A;（4）紋波系數(shù)低于0.1%。

從給出的條件可知，輸入與輸出之間電壓值相差很大，故需要一個降壓環(huán)節(jié);經(jīng)過降壓以后的交流電還需變成單方向的直流電，這就是整流環(huán)節(jié);但是其幅值變化很大，若作為電源去供給電子電路時，電路的工作狀態(tài)也會隨之發(fā)生變化而影響性能;需要利用濾波電路將其中的交流成分濾掉，留下直流成分;此時電源還受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載變化的影響，故要穩(wěn)壓。所以要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個步驟2，如圖1所示。

圖1 穩(wěn)壓電源的框圖

又依據(jù)第4）點知電源的紋波系數(shù)很低，輸出的電源的穩(wěn)定性的質(zhì)量很高（很低的紋波），又有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，見第3）點，所以選用串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路來實現(xiàn)電路的仿真。串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 串聯(lián)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)

2.主要仿真元件的選取

2.1 變壓器的選擇

對比Ui=220V，Uomax=13V的值， 故選擇降壓后的電壓值略大于13V，選擇變壓器的變比N=14，降壓后電壓U2≈16V。由于Multisim 對變壓器的仿真效果不理想。所以直接選用U2≈16V，f=50Hz的交流電源AC_POWER，見圖3。

2.2 二極管的選擇

流過整流二極管的正向電流ID>0.45U2/R，反向峰值電壓URM>2U2

即：ID>=0.01A，URM>45V

選用multisim中的1N4003，見圖3。

2.3 電容大小的選擇

在負(fù)載變化時，相同電容的濾波效果不一樣;在電容變化時，相同負(fù)載時其濾波效果也是不一樣?？傮w的選取原則是RLC[3]，其中T=0.02S，即RLC，在表1至表2中仿真了不同的RL和C時輸出電壓中紋波的大小。圖4是不同電容時濾波的輸出電壓的仿真波形。

2.4 穩(wěn)壓電路中調(diào)整管穩(wěn)壓管等選擇

穩(wěn)壓管選用UZ =4.9V的穩(wěn)壓管作基準(zhǔn)電壓，因為輸出電壓為7V～14V，故在穩(wěn)壓環(huán)節(jié)中取樣部分應(yīng)該是可調(diào)的，應(yīng)該滿足

選用RW=R上=R下=1K，所以：

調(diào)整管的選擇：因為輸出最大電流0.1A，所以在穩(wěn)壓環(huán)節(jié)中由于調(diào)整管是和負(fù)載時串聯(lián)的關(guān)系，負(fù)載流過的最大電流為0.1A，出于裕量選調(diào)整管的集電極的額定電流IC應(yīng)該大于0.3A，選用調(diào)整管型號為ICZ655，它與BC548A構(gòu)成達(dá)林頓管，提高帶負(fù)載能力，滿足最大電流為0.1A的要求。

3.仿真電路的繪制和仿真結(jié)果的對比

3.1 仿真電路的繪制

依據(jù)上面的分析，繪制電路如圖3所示。

圖3 串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路的仿真圖

3.2 仿真數(shù)據(jù)對比

（1）開關(guān)J1、J3、J4閉合，觀測整流、濾波后不同RL、C時輸出電壓的紋波值和輸出電壓的值。

當(dāng)RL=1k和200歐時，改變電容的值，測出輸出電壓值及其紋波值見表1和表2。

表1 RL=1k不同電容值對應(yīng)的值

C 紋波電壓 Uo RLC

1000 uF 16.125 mV 15.31V 1s

470uF 16.831mV 15.219v 0.47s

220 uF 176 mV 15.197V 0.22s

20 uF 1.5V 13.425V 0.02

表2 RL=200歐不同電容值對應(yīng)的值

C 紋波電壓 Uo RLC

1000 uF 301.021mV 14.788V 0.2s

470uF 394.109mV 14.744V 0.094s

220 uF 769.382mV 14.221V 0.044s

20 uF 3.63V 10.566V 0.004

比較表1和表2可知負(fù)載改變時，特別是負(fù)載較重時，其紋波明顯加大，輸出電壓UO的大小也與負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大，輸出電壓平均值越低。

增加C的容量，可以使得濾波的效果得到改善，但是在滿足RLC后，輸出電壓UO的大小紋波的變化并不很明顯，所以選用470uF的電容進(jìn)行濾波。

（2）開關(guān)J1、J3、J5閉合，觀測整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出電壓的紋波值和輸出電壓的值。見表3所示。圖4是電容為470uF時穩(wěn)壓前和穩(wěn)壓后輸出電壓Uo的波形對比，從仿真結(jié)果看，穩(wěn)壓后的波形更加平滑穩(wěn)定。

表3 斷開R7，連接R5穩(wěn)壓后的數(shù)值

負(fù)載RL 紋波電源壓 Uo

R=空載 337.111u 9.088v

R=1K 656.375u 9.088v

R=500 656.375u 9.088v

R=200 656.375u 9.088v

R=100 656.375u 9.088v

對比表1～表3的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出電壓Uo的較穩(wěn)定，其中的紋波值明顯減小，基本為一定值，即約為0.6mV 。

紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓

=0.6m/9*100%

=0.006%<0.1%

圖4 穩(wěn)壓前后波形對比

輸出電壓UO的仿真測試值的范圍為：

UOMAX=13.082V≈13V，UOMIN=6.957V≈7V

4.結(jié)束語

利用multisim仿真電源電路，可以直觀的觀測電路中的電壓參數(shù)值，方便的查看關(guān)鍵點的波形，能提高電路的設(shè)計效率，節(jié)省實物電路的制作時間和成本，故值得大力推廣應(yīng)用[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]力.基于multisim8的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器仿真[J].電子科技，2013，26：140-142.

[2]陳梓城.模擬電子技術(shù)應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]任俊園，李春然.電容濾波電路工作波形的multisim仿真分析[J].電子設(shè)計工程，2012，11：10-11.

第6篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

摘要：本文介紹了一種70MHz信號窄帶濾波器的設(shè)計過程和仿真結(jié)果，從論證、初步研制、二次研制和研制改進(jìn)四個階段進(jìn)行了描述和分析，總結(jié)了此類濾波器設(shè)計的思路。

關(guān)鍵詞：窄帶濾波器 ADS仿真

1、概述

該濾波器為LC橢圓函數(shù)濾波器，用于70MHz信號窄帶（帶寬小于2MHz）濾波。中心頻率：70MHz；帶寬：1dB≥1MHz；帶內(nèi)駐波：≤1.5；差損：≤5dB；帶外抑制：65M、75M≥20dB。

2、研制過程

2.1 論證階段

電路設(shè)計及仿真見圖1。

2.2初步研制階段

按照圖1中電路圖繪制PCB板并進(jìn)行裝調(diào)，測得結(jié)果如圖2。

通過比較仿真和實測結(jié)果，無論是從中心頻率、差損還是帶外抑制都有一定的區(qū)別，主要原因是濾波器節(jié)數(shù)太多，電容值和電感值誤差累計造成的，改進(jìn)應(yīng)從兩個方面進(jìn)行，一方面應(yīng)該減少濾波器節(jié)數(shù)，一方面應(yīng)該使用精度更高的電容電感。

2.3 二次研制階段

考慮到之前濾波器節(jié)數(shù)太多、元件數(shù)多，電路差損過大，且矩形系數(shù)較差，在二次研制階段對濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計，減少濾波器節(jié)數(shù)和元件個數(shù)，原理圖及仿真結(jié)果如圖3。

按此電路原理圖繪制PCB板并進(jìn)行裝調(diào)，發(fā)現(xiàn)濾波器矩形系數(shù)符合設(shè)計目標(biāo)，但是差損較大。經(jīng)過分析，可能因為選用的電感電阻較大（0.6Ω）。

2.4研制改進(jìn)階段

針對上述原因，要降低濾波器的差損，必須要降低電感的直流電阻，但是成品電感由于封裝限制，直流電阻都比較大，只有選取線經(jīng)合適（0.2mm）的漆包線自制180nH的電感，替換掉原先電路中的成品電感，實測結(jié)果如圖4。

3、研制過程中解決的主要問題

3.1 非標(biāo)電容的等效代替

為使濾波器達(dá)到預(yù)期指標(biāo)，在仿真設(shè)計時使用了許多非標(biāo)電容（電容非廠家手冊產(chǎn)品），如9.4p、156p等，在征詢了濾波器廠家專業(yè)設(shè)計師的意見后，將標(biāo)稱電容并聯(lián)用以等效非標(biāo)電容，如9.4p電容可以用兩個4.7p電容并聯(lián)代替。另外，對濾波器指標(biāo)影響較大的電容，如C5（33p）、C6（1.8p）等，雖然這些都是標(biāo)稱電容，但是由于電容本身存在誤差，而這些誤差可能會影響濾波器的指標(biāo)，再考慮到仿真結(jié)果與實測結(jié)果的差異，因此這些電容也不能直接使用原標(biāo)稱值電容，也要由其它電容并聯(lián)代替，如C5（33p）可由27p和5.6p并聯(lián)代替，這樣在濾波器指標(biāo)不夠的情況下，可以將5.6p電容改為3.9p、4.7p、6.8p等，而C5的值也相應(yīng)的由原來的32.6p變?yōu)?0.9p、31.7p、33.8p等，通過微調(diào)C5的值，來改善濾波器的指標(biāo)。最后一點需要注意的是，電容并聯(lián)代替僅適合低頻電路以及對相位延遲要求并不嚴(yán)格的電路中，而對于70M的脈沖調(diào)制電路，電容并聯(lián)代替幾乎是完全等效的。

3.2 繞線電感的計算及制作

前面已經(jīng)提到自制繞線電感的必要性，繞線電感有兩種方式，一種是直接繞線制作電感，但是在缺少專業(yè)工具的情況下，電感的形狀難以固定（電感繞線環(huán)排列不緊密、電感環(huán)易變形、直徑不一致等），這些不可靠因素對電感影響較大。第二種方法是將漆包線繞在磁環(huán)上制作電感，由于有磁環(huán)支撐，有效解決了直接繞線的帶來的各種問題，本次選擇的磁環(huán)參數(shù)為磁導(dǎo)率為6，外徑3.2mm，內(nèi)徑1.1mm，高度1.2mm，計算結(jié)果見圖5，由結(jié)果可知，在該磁環(huán)上繞線11圈即得180nH電感，其直流阻抗理論值為0.04Ω，小于之前成品電感的直流電阻（0.6Ω）。需要注意的是在磁環(huán)上繞線，漆包線不必緊密排列，另外為保證可靠性，電感應(yīng)用專用膠固定在印制板上。具體設(shè)計參數(shù)見圖5。

第7篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

關(guān)鍵詞：二次寄生通帶抑制 微帶濾波器 倒置轉(zhuǎn)換 Richards變換

中圖分類號：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0009-02

A Micro-Strip Filter with Powerful Suppression in the Second Spurious Band Based on Immittance Inverters

Guo Xuefeng， Fang Lijun

（No.38 Research Institute of CETC， Anhui Hefei 230088， China）

Abstract：From the prototype of Butterworth band-pass filter， using immittance inverters and Richards transformation， a micro-strip filter with powerful suppression in the second spurious band is designed. The simulation results show that the 3dB pass-band is 4.1～4.9 GHz， and the suppression on the second spurious band is larger than 50dB. The design methods introduced here are simple， high efficiency， and universal. The final micro-strip filter has a small structure and is easy to manufacture.

Key words：the second spurious band suppression；micro-strip filter；immittance inverter；Richards transformation

頻率源的諧波輸出會影響混頻器的線性度，通常需要一個帶通濾波器抑制頻率源輸出的高次諧波信號。在低頻段，基于Butterworth或Chebyshev原型的LC濾波器能夠滿足這一應(yīng)用。在微波頻段，也有許多高性能的濾波器能夠勝任這一工作，但大多數(shù)不能滿足頻率源小型化與集成化的設(shè)計要求。這時LC器件由于本身自諧振頻率的限制而不能使用，微帶濾波器成為一種較好的替代方法，如何設(shè)計高性能、小體積的微帶濾波器成為必須解決的問題。

在微波頻段，低通濾波器的實現(xiàn)可以對低通原型應(yīng)用Richards變換和Kuroda規(guī)則得到[1]。但由于帶通濾波器原型中含有的LC串聯(lián)電路沒有適用的Kuroda規(guī)則，因此無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。常用的微帶帶通濾波器是平行耦合線結(jié)構(gòu)。缺點是該濾波器的頻率響應(yīng)具有周期性，在通帶的諧波位置產(chǎn)生了寄生通帶。微帶濾波器寄生通的抑制方法通常有缺陷接地結(jié)構(gòu)（DGS）和階梯阻抗諧振器（SIR）[2]。但是這兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，需要進(jìn)行專門的學(xué)習(xí)和研究。

鑒于VCO諧波能量依次遞減的規(guī)律，能夠抑制二次諧波的濾波器就能夠滿足基本的工程應(yīng)用。而Richards變換的特性使濾波器的頻率響應(yīng)被限制在[0，2f0]區(qū)間[3]，從而在二次諧波寄生通帶處形成一個阻帶。為了利用這一特點，本文應(yīng)用倒置轉(zhuǎn)換器把Butterworth帶通濾波器中的串聯(lián)LC電路變成能夠應(yīng)用Richards變換的并聯(lián)LC電路，最終完成濾波器設(shè)計。仿真結(jié)果表明，濾波器3 dB通帶范圍4.1～4.9 GHz，對二次諧波處寄生通帶的抑制大于50 dB。本文的設(shè)計方法簡單高效，具有通用性；得到的微帶濾波器結(jié)構(gòu)小巧，易于實現(xiàn)。

1 倒置轉(zhuǎn)換[4]

最簡單的倒置轉(zhuǎn)換器就是λ/4傳輸線段。如果傳輸線段的特性阻抗為Z0，其端接負(fù)載為Z2，則經(jīng)λ/4傳輸線變換后的輸入阻抗。可以看出Z1和Z2之間有倒置關(guān)系，Z2是容性，Z1就是感性。這樣就可以用一個并聯(lián)的LC諧振電路兩邊各接一段λ/4傳輸線等效串聯(lián)的LC諧振器。假設(shè)串聯(lián)諧振電路的電感量Ls，電容量Cs；并聯(lián)諧振電路的電感量Lp，電容量Cp，λ/4傳輸線特征阻抗Z0，它們之間有如下關(guān)系：

（1）

2 濾波器設(shè)計

本文的設(shè)計目標(biāo)是一個中心頻率 4.5 GHz，通帶800 MHz，二次寄生通帶抑制度50 dB的帶通濾波器。首先按照Butterworth原型設(shè)計濾波器。按式（1）式的關(guān)系做倒置轉(zhuǎn)換，把串聯(lián)LC諧振電路變成λ/4傳輸線和并聯(lián)諧振電路。為了微帶線布線方便，設(shè)置λ/4傳輸線的特征阻抗為100 Ω，然后應(yīng)用Richards規(guī)則，將并聯(lián)接地的電容電感替換成并聯(lián)開路或短路短截線。變換成微帶電路之后的仿真結(jié)果示于圖1。

對理想微帶濾波器的仿真表明，由于微帶線周期性的頻率特性，濾波器的頻率響應(yīng)也呈現(xiàn)周期特性，LC濾波器的頻率響應(yīng)被限制在[0，2f0]區(qū)間，在偶次諧波處表現(xiàn)為阻帶，在奇次諧波出表現(xiàn)為寄生通帶，而常用的平行耦合線帶通濾波器在每個諧波處都有寄生通帶。版圖中兩端為50 Ω微帶線，短路短截線通過接地孔接地。

由原理圖直接生成的版圖雖然可以制作，但面積過大，不宜應(yīng)用。這里對Richards變換做了一些調(diào)整，也就是不用λ/8的傳輸線做短截線，而是把短路短截線的特征阻抗做成100 Ω，并盡量短；開路短截線做成扇形，不但減小了短截線的面積，改善了濾波器性能，還具有一定的美觀性[5]。圖2是HFSS中的濾波器模型。最終的濾波器面積較小，僅為16.1 mm×8.4 mm。

調(diào)整后的版圖減小了濾波器的面積，但對頻率響應(yīng)有一定影響。首先是通帶頻率便窄，這一點可以通過將LC濾波器原型的通帶加寬進(jìn)行補(bǔ)償。其次是濾波器的頻率響應(yīng)不再具有規(guī)則的尖銳的阻帶特性。圖3是仿真結(jié)果，可以看出，由于Richards變換沒有使用λ/8的傳輸線做短截線，導(dǎo)致阻帶最低點沒有落在二次諧波處。雖然阻帶頻率有偏移，但濾波器在二次諧波處有50 dB的插損，仍然滿足本文的使用條件。最終濾波器仿真結(jié)果為3 dB通帶頻率4.1～4.9 GHz，對二次的諧波抑制達(dá)到50 dB。

3 結(jié)語

頻率源輸出端口鏈接的帶通濾波器能夠抑制頻率源輸出的高次諧波，提高混頻器的線性度，不可省略。為適應(yīng)頻率源小型化和集成化的趨勢，可以采用微帶濾波器完成這一功能。微帶濾波器具有易集成的優(yōu)勢，但通常諧波抑制性能較差。利用微帶線的頻率周期特性，可以設(shè)計出具有很強(qiáng)二次寄生通帶抑制性能的帶通濾波器。本文從LC濾波器的原型出發(fā)，完整地闡述了LC帶通濾波器到微帶濾波器的轉(zhuǎn)換方法，并設(shè)計了一個微帶帶通濾波器。這種濾波器的設(shè)計方法簡單高效，具有通用性；得到的微帶濾波器結(jié)構(gòu)小巧，易于實現(xiàn)；且比常用的平行耦合線帶通濾波器有更好的寄生通帶抑制作用。這種濾波器不僅可以用在頻率源的輸出端，也可以用在混頻器后，或任何二次諧波較嚴(yán)重的地方。

參考文獻(xiàn)

[1]王漢江，吳姣，楊維明，等.基于Richards變換與Kuroda規(guī)則的微帶低通濾波器的設(shè)計仿真[J].湖北大學(xué)學(xué)報，2010（4）：398-402.

[2]馮豐.微波濾波器寄生通帶的抑制方法研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

[3]ReinholdLudwing，PavelBretchko.射頻電路設(shè)計：理論與應(yīng)用[M].王子宇，張肇儀，徐承和，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

第8篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

【關(guān)鍵詞】圖書館 聲音信號 提醒 電路

圖書館是讀書、學(xué)習(xí)的場所，對于沒有固定教室的中學(xué)校園，更是學(xué)生重要的學(xué)習(xí)場所。然而，某些人講話音量過大會給其他人帶來干擾。近年來，電視等新聞媒體也在宣傳中國人出國旅游應(yīng)該學(xué)會低聲談話，維持公共場所的安靜。為此，本文提出一種成本低廉并且可以大規(guī)模部署的音量檢測電路，通過音量檢測自動、及時的提醒大音量發(fā)聲人，從而保持良好的閱讀環(huán)境。

1 電路設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)組成與工作原理

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。聲音信號被麥克風(fēng)（MIC）采集后，經(jīng)過放大、濾波整形后與事先設(shè)定的閾值電壓進(jìn)行比較，將比較結(jié)果作為輸入信號傳給LED燈。閾值設(shè)定利用電阻分壓原理，通過改變滑動變阻器的阻值來調(diào)節(jié)閾值電壓?？紤]到聲音信號的不連續(xù)性，在濾波整形模塊中利用RC電路對信號進(jìn)行延時和平滑，避免LED燈的頻繁閃爍，從而更好的實現(xiàn)提醒的目的。

1.2 各模塊原理

聲音信號采集及放大電路：聲音信號由駐極體傳聲器采集后信號幅值為毫伏級別，需要進(jìn)行放大。采用MAX9812芯片，其封裝尺寸小，內(nèi)置低噪聲麥克風(fēng)偏置，該語音模塊固定增益20dB，對語音信號進(jìn)行放到然后輸出。

濾波模塊：語音的頻率大約在100Hz-10，000Hz，但是圖書館內(nèi)談話的主要頻率在100-1000Hz。為了避免其它頻段的雜音信號，本文設(shè)計低通濾波器將高頻雜音信號濾除，取截止頻率ωc=1kHz

信號整形模塊：語音為交流信號，通過整形電路來延長峰值的衰減時間，從而避免LED的頻繁閃爍。通過如圖2所示的信號整形電路來捕捉信號最高幅值并保持一段時間，以達(dá)到延時的效果。取C5=100μF，R5=100kΩ，此處C5的取值決定充電時間，取值越大充電時間越長；R5的取值決定放電時間，取值越大放電時間越長。

閾值比較電路：如圖3所示，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R9的阻值，來改變比較器同相輸入端的電壓，達(dá)到調(diào)整閾值的功能，當(dāng)噪聲音量超過閾值時，比較器輸出低電平使LED燈變亮。此處的滑動變阻器可使用多段位電阻來代替，從而更方便的調(diào)整閥值。

2 仿真驗證

為了驗證整體設(shè)計和各模塊的可行性，使用Multisim進(jìn)行在線仿真。Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計及仿真。本文提出的音量提醒系統(tǒng)采用圖4所示的電路進(jìn)行仿真。

在設(shè)計中濾波和整形模塊尤為重要，我們首先對濾波模塊進(jìn)行獨立驗證，輸入分別為200Hz、1kHz和2kHz的正弦信號，實驗結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯鲈摓V波模塊能夠很好的通過1kHz以內(nèi)的信號，而對1kHz以上信號有較好的過濾作用。為了避免不連續(xù)的語音信號帶來的LED頻繁閃爍，通過整形電路來延長衰減時間。整形電路實現(xiàn)的效果如圖6所示，圖中藍(lán)色為整形前波形，紅色為整形后波形，原始信號從4V幅度降為2V幅度的變化過程。

3 實驗驗證

為了進(jìn)一步驗證該音量提醒方法的可行性，我們用實物進(jìn)行實驗驗證，實驗用電路如圖7所示。在本次實驗中，對實驗效果、功耗進(jìn)行了統(tǒng)計和測量。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，音量閾值最低約為15分貝（測量距離50cm）。當(dāng)發(fā)聲人停止發(fā)生后，指示燈經(jīng)過平均2.5s后熄紜Mü測量各個運行狀態(tài)參數(shù)，計算功耗如表1所示。

4 結(jié)束語

本文提出了一種用于圖書館音量提醒的實驗方法和電路，通過仿真和實驗兩種方法驗證了該方法的可行性和有效性。由于采用無控制器純電路的方案，整體功耗和使用調(diào)試難度都得以降低。同時支持手動調(diào)節(jié)比較閾值，使應(yīng)用更加方便。本論文旨在利用所學(xué)到的知識提高圖書館等公共場所的環(huán)境，讓我們更好的讀書。

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第9篇：濾波電路的設(shè)計與仿真范文

關(guān)鍵詞：帶通濾波器；微帶線；傳輸線；ADS

1.引言

隨著近年來無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，微波濾波器已經(jīng)成為作為辨別分離有用和無用資源的重要部件，并大量使用于通信系統(tǒng)領(lǐng)域，其性能的優(yōu)越直接影響整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量?，F(xiàn)代通信對微波濾波器的整體要求越來越高，以求得到更加微小化、輕量化、集成化的高性能低成本的濾波器。本文設(shè)計運用微帶濾波器印刷電路的方法，可以滿足尺寸小、成本低且性能穩(wěn)定的要求，被廣泛運用于無線通信系統(tǒng)中。目前在無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域中，微波濾波器的種類日益增多，性能和設(shè)計方法各有差異。但總體來看，微波濾波器的設(shè)計大都采用從集總參數(shù)的低通原型濾波器出發(fā)經(jīng)過一系列變換得到的。本章討論的是平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計，它同樣是基于集總參數(shù)低通原型濾波器出發(fā)，經(jīng)過等效變換可以得到與帶通濾波器相應(yīng)的低通原型模型，再經(jīng)過阻抗倒置變換或?qū)Ъ{變換便可以得到相應(yīng)的帶通濾波器的設(shè)計模型及相關(guān)參數(shù)。本文首先介紹微帶線帶通濾波器的設(shè)計原理，然后根據(jù)基本原理推導(dǎo)出濾波器的相關(guān)參數(shù)，再運用ADS軟件進(jìn)行制作、優(yōu)化和仿真，最后將完整的設(shè)計圖紙和相關(guān)參數(shù)拿到工廠加工制成成品。為了驗證該微帶線帶通濾波器的設(shè)計和仿真的正確性，本文采用網(wǎng)絡(luò)分析儀對該濾波器進(jìn)行了相關(guān)測試，測試結(jié)果和仿真效果相吻合。

2.微帶線帶通濾波器的設(shè)計原理及設(shè)計過程

根據(jù)濾波器綜合理論，低通原型濾波器是設(shè)計其他濾波器的基礎(chǔ)。本文設(shè)計的帶通濾波器同樣是在低通原型濾波器的基礎(chǔ)上經(jīng)過變換得到的。圖1展示的是集總參數(shù)低通原型濾波器到集總參數(shù)帶通濾波器的變換過程。該圖說明根據(jù)帶通濾波器的頻率特性而言，（在通帶內(nèi)）串聯(lián)臂應(yīng)采用串聯(lián)諧振為低阻抗，并聯(lián)臂應(yīng)采用并聯(lián)諧振為高阻抗。而微帶線帶通濾波器的設(shè)計也是在上述變換原理的基礎(chǔ)上擴(kuò)展得到的。一般來說，與微波帶通濾波器相應(yīng)的低通原型有兩種模型。一種是電感輸入式電路，經(jīng)變換后為含阻抗K的變換器，另一種是電容式輸入電路，經(jīng)變換后為含導(dǎo)納J的變換器。

該兩種電路互為對偶，衰減特性相同，且都可以轉(zhuǎn)換成等效的帶通濾波器。本文設(shè)計采用電容式輸

入電路，運用導(dǎo)納倒置變換原理來完成設(shè)計。由于阻抗倒置變換和導(dǎo)納倒置變換的變換原理相似，

圖1低通濾波器到帶通濾波器的轉(zhuǎn)換

因此本文只對導(dǎo)納倒置變換原理進(jìn)行詳述。

當(dāng)平行耦合微帶線的長度為l=λ/4時，有帶通濾波的特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶過渡，但將多個耦合微帶線單元級連后便可以具有良好的濾波特性。設(shè)計這種微帶線帶通濾波器最為關(guān)鍵的一步就是把上述的低通原型用K或J變換器變換為變形低通，再運用阻抗倒置或?qū)Ъ{倒置變換得出最后的變換形式。由于本文設(shè)計選用的是導(dǎo)納倒置變換，所以下面介紹導(dǎo)納倒置變換的具體變換過程。設(shè)計步驟的前兩步就是確定中各元件的歸一化值，并選定電容式輸入電路。第3步經(jīng)過變換得圖2（a），它表示含有導(dǎo)納倒置變換器的變形低通原型。圖2（b）表示從圖2（a）導(dǎo)出的帶通濾波器，圖2（c）表示用電納斜率參量表示的微波帶通濾波器。即到圖2（c）就是從含低通原型到含J微波帶通濾波器的變換的全過程。經(jīng)過上述變換，我們可以得出含導(dǎo)納倒置變換器J的微波帶通濾波器的

圖2（a）含有導(dǎo)納倒置變換器的變形低通原型

圖2（b）從圖2（a）導(dǎo)出的帶通濾波器

圖2（c）用電納斜率參量表示的微波帶通濾波器

實用公式為電納斜率：

根據(jù)上述公式可以計算出耦合微帶線各節(jié)奇偶模的特性阻抗，根據(jù)奇偶模的特性阻抗，運用ADS軟件可以確定微帶線帶通濾波器每節(jié)微帶線的尺寸關(guān)系。

下面講述的是本文運用導(dǎo)納倒置變換原理并結(jié)合ADS軟件來設(shè)計一個平行耦合微帶線帶通濾波器的具體過程。該平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計指標(biāo)如下：

平行耦合微帶線帶通濾波器要求3階，帶內(nèi)波紋為0.5dB，系統(tǒng)特性阻抗為50Ω。

帶通濾波器的中心頻率為2.1GHZ，帶寬為10%，通帶頻率范圍為2.0GHZ～2.2GHZ。

通帶內(nèi)衰減小于1.5dB，在1.8GHZ和2.4GHZ時衰減大于20dB。

微帶線基板的厚度1mm，基板的相對介電常數(shù)選為2.7。

設(shè)計平行耦合微帶線帶通濾波器的步驟如下：

（1）計算低通濾波器原型參數(shù)。本設(shè)計要求3階，帶內(nèi)波紋為0.5dB，根據(jù)查表得出切比雪夫低通濾波器原型參數(shù)為：g0=g4=1，g1=g3=1.5963，g2=1.0967。

（2）計算各節(jié)奇偶模的特性阻抗，該濾波器需要4節(jié)耦合微帶線級連

（3）計算各耦合線節(jié)的奇偶模特性阻抗

（4）根據(jù)上述計算出的奇偶模特性阻抗和相移以及設(shè)計指標(biāo)中的各項參數(shù)，運用ADS軟件可以得到該平行耦合微帶線帶通濾波器各節(jié)的尺寸大小，如表1

表1計算微帶線的尺寸

（5）運用ADS軟件畫出原理圖并進(jìn)行仿真后得出S21曲線在18GHz、20GHz、22GHz和24GHz處的值如下：

?在18GHz處，S21的值為-26078dB。

?在20GHz處，S21的值為-08450dB。

?在22GHz處，S21的值為-89030dB。

?在24GHz處，S21的值為-30538dB。

以上數(shù)據(jù)顯示在阻帶18GHz和24GHz處滿足技術(shù)指標(biāo)，在通帶處不滿足技術(shù)指標(biāo)，需要對原理圖

進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。優(yōu)化后的原理圖如圖3所示，由圖3我們可以看出，S21曲線在18GHz、20GHz、22GHz和24GHz處的值如下：

?在18GHz處，S21的值為-26546dB。

?在20GHz處，S21的值為-09420dB。

?在22GHz處，S21的值為-07840dB。

?在24GHz處，S21的值為-22289dB。

進(jìn)行優(yōu)化后，以上數(shù)據(jù)滿足技術(shù)指標(biāo)，該原理圖符合本次微帶線帶通濾波器的設(shè)計要求。

圖3帶通濾波器原理圖優(yōu)化數(shù)據(jù)

（6）下面由平行耦合微帶線帶通濾波器的原理圖生成版圖，并對版圖進(jìn)行仿真。圖4是由平行耦合微帶線帶通濾波器原理圖生成的版圖。對比上述原理圖可以發(fā)現(xiàn)，原理圖中構(gòu)成濾波器電路的各種微帶線元件模型在版圖中已經(jīng)轉(zhuǎn)化成實際的微帶線。以下數(shù)據(jù)是平行耦合微帶線帶通濾波器版

圖4由平行耦合微帶線帶通濾波器原理圖生成的版圖

圖的仿真數(shù)據(jù)，通過仿真數(shù)據(jù)可以得出，S21曲線在18GHz、20GHz、22GHz和24GHz處的值如下：

?在18GHz處，S21的值為-28546dB。

?在20GHz處，S21的值為-08870dB。

?在22GHz處，S21的值為-12160dB。

?在24GHz處，S21的值為-22147dB。

版圖的仿真數(shù)據(jù)與原理圖的仿真數(shù)據(jù)有一些差異，這是由于版圖的仿真方法與原理圖的仿真方法不同。但是版圖的仿真數(shù)據(jù)同樣滿足設(shè)計指標(biāo)。至此，本文的平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計過程完畢，最后將上述得到的版圖與相關(guān)數(shù)據(jù)送往工廠進(jìn)行加工便可制成最終成品。

3.結(jié)論

本文主要討論的是平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計過程。根據(jù)設(shè)計要求，首先計算低通原型

濾波器的參數(shù)，并運用導(dǎo)納倒置變換得出相應(yīng)的帶通濾波器的設(shè)計參數(shù)，通過計算得出每節(jié)濾波器的奇偶模和尺寸大小。然后運用ADS軟件設(shè)計原理圖并對其進(jìn)行優(yōu)化仿真，最后進(jìn)行版圖的設(shè)計與仿真。經(jīng)驗證，得出的數(shù)據(jù)符合本次平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計要求。這種平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計方法具有簡單、高效和精確等特點。本文設(shè)計的微帶線帶通濾波器用印刷電路的制作方法，可以滿足尺寸小、成本低且性能穩(wěn)定等要求，被廣泛運用于無線通信系統(tǒng)中。（作者單位：西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院）

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