滤波器设计报告

燕山大学

电

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技 术 课 程 设 计 说 明 书

题目： 三频率信号合成分离器

学院（系）： 信息学院 年级专业： 12光电子1班 学 号： 120104040018 学生姓名： 张艳魁 指导教师：

子.

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）： 信息学院 基层教学单位： 12光电子1班 学 号 120104040018 学生姓名 张艳魁 专业（班级） 12光电子1班 设计题目 三频率信号合成分离器 设 计 技 术 参 数 设 计 要 求 设计一个能将一个三个频率信号合成信号中各个频率分离出来的电路，合成信号的三个频率分别为f11kHz，f2100kHz，f3500kHz。例如合成信号形式为：S(t)sin(2f1t)sin(2f2t)sin(2f3t) (1) 能将三个频率的信号分别提取出来，其它频率的信号干扰尽量小； (2) 当某一路分离出的信号幅值超过5V，则点亮对应指示灯； (3) 分离信号用的滤波器至少是2阶有源的； (4) 对设计的滤波器的各项参数指标要有细致的分析：包括幅频特性、相频特性、带宽等各种关键技术指标； (5) 设计完成经过仿真验证后，使用ultiboard 9 生成电路板。 2周 工 作 量 工 作 计 划 第一周把每一部分做好，模拟出结果； 第二周把各个模块连接起来，综合调试，撰写报告，答辩。 参 考 资 料 基于Multisim10的电子电路设计，仿真与应用.卢艳红主编.李峰.虞沧编著。 基层教学单位主任签字 指导教师签字 一.设计要求 (1) 能将三个频率的信号分别提取出来，其它频率的信号干扰尽量小；

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(2) 当某一路分离出的信号幅值超过5V，则点亮对应指示灯； (3) 分离信号用的滤波器至少是2阶有源的；

(4) 对设计的滤波器的各项参数指标要有细致的分析：包括幅频特性、相频特性、带

宽等各种关键技术指标；

(5) 设计完成经过仿真验证后，使用ultiboard 9 生成电路板。

二、 设计方案

三频率合成滤波器由四个模块组成，分别为，频率合成模块，滤波模块，峰值检出模块，峰值比较及亮灯模块。

集成运放是模拟电路中的重要器件，本次设计大量运用集成运放。运用集成运放型号为LM358. LM358主要特点：可单电源或双电源工作，供电电压-16V~+16V，功耗小，在一个封装内封装两个放大器，如图所示，频率范围宽，失调电压2mV~5mV。价格低，五毛钱一片。

1、 频率合成模块：将三个不同频率的信号合成为一个信号，方便传输。单条线可传输三个信号，节约传输成本。

2、 滤波模块：将三个不同频率的信号分别滤出，得到原始信号。也可以滤除噪声。

3、 峰值检出模块：输出信号峰值超过5V算有正常信号输出，所以需要峰值检出模块，求得峰值。

4、 峰值比较模块：将检出的峰值与5V比较，大于5V时，点亮LED指示灯。

三、 系统工作原理

1、频率合成模块原理图及仿真结果

左侧是三个信号发生器，公共端接地，输出信号为双极性正弦信号，后面为两级模拟信号加法求和电路，双踪示波器的A、B通道分别显示一级加法求和电路和二级加法球和电路输出信号。模拟结果如下图所示。

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如上图，信号频率分别为1kHz、100kHz、500kHz。如图仿真结果表示，仿真电路可用。 2、二阶低通滤波器电路及仿真结果

二阶低通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将100kHz信号和500kHz信号滤掉，剩下1kHz信号，滤波器设计时，主要调节R1、R2、C1、C2的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。关系式如下：

Wc^2=1/(R1R2C1C2)

故，根据此关系式，合理设置R1、R2、C1、C2，便可以得到期望的满足要求的截止频率。

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用波特图仪测得截止频率图如下图：

可以看出，低通滤波器不能一下把高频信号截止掉，而是随着频率增加而截止作用越强，3.2kHz时候增益为-7.5dB，能滤除掉本次课设中的高频信号。 用滤波器看总仿真结果如图所示：

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3、二阶带通滤波器电路及仿真结果

二阶带通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将1kHz信号和500kHz信号滤掉，剩下100kHz信号，滤波器设计时，主要调节R1、R2、C1、C2的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。关系式如下：

Wc^2=(1/R15C^2)（1/R13+1/R14）

故，根据此关系式，合理设置R13、R14、R15、C3、C4，便可以得到期望的满足要求的截止频率。

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波特图仪测量结果如下：

如图可以看出，在100kHz附近的通过较好，有些损耗，可以接受，在1kHz和500kHz时截止效果较好，所以滤波器设计成功，能够达到设计要求。 用示波器效果如图所示：

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4、二阶高通滤波器电路及仿真结果 电路原理图如图所示：

二阶高通滤波器电路图如图所示，31线为输入端，将合成的信号从31输入，经过滤波器，将1kHz信号和100kHz信号滤掉，剩下500kHz信号，滤波器设计时，主要调节R20、R21、C5、C6的值，这四个参数的值与截止频率有很大关系。关系式如下：

Wc^2=1/（R20R21C5C6）

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故，根据此关系式，合理设置R13、R14、R15、C3、C4，便可以得到期望的满足要求的截止频率。 波特图仪显示波形如下：

在500kHz时候通过率比较好，可以接受，能满足要求，设计成功。 5、 峰值检出电路及仿真结果。

示波器波形如下：

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6、 峰值比较及点亮LED电路及仿真结果

峰值比较电路及点亮LED灯的电路如图所示，电压值高于5V时集成运放输出高电压，后面接LED灯和一个分压限流电阻，防止烧毁发光二极管。

改变输入信号的幅值，模拟结果显示LED可亮可灭，结果可行。

四、 设计总结

经过本次制作，动手能力得到了提高，熟悉了电子电路制作过程，从芯片选择到搭建电路，积累了电路设计以及调试经验。增强了自己动手查资料，阅读资料的能力，对集成运放有了更多的了解。开阔了自己的视野。

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