语音滤波器课程设计报告

模拟电路课程设计报告书1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：语音滤波器设计学院名称：信息工程学院专业：电子信息工程班级：100411学号：姓名：评分：教师：2012年3月27日模拟电路课程设计报告书2模拟电路课程设计任务书2011－2012学年第2学期第1周－2周题目语音滤波器设计内容及要求:1、分别用压控电源盒无限增益多路反馈两种方法设计电路；2、抑制50Hz工频干扰信号；3、品质因素Q≧10，增益Av1;进度安排：1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：2天2.领元器件、制作、焊接：3天3．调试＋验收：2.5天4.提交报告：2011-2012学年第二学期3～7周学生姓名:指导时间：第1～2周指导地点E栋301室任务下达2012年3月12日任务完成2012年2月27日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师余磊系（部）主任贾杰模拟电路课程设计报告书3目录第一章：概述......................................................................................................................4一、滤波器的概况......................................................................................................4二、模拟滤波器的传递函数与频率特性..................................................................4三、滤波器的主要特性指标......................................................................................5第二章：设计内容..............................................................................................................7一、设计目的..............................................................................................................7二、设计任务和要求..................................................................................................7三、方案设计与论证..................................................................................................7四、语音滤波器的设计..............................................................................................7第三章：设计单元与计算................................................................................................12一、单元电路设计....................................................................................................12二、元器件选取与计算............................................................................................15三、仿真测试与性能分析........................................................................................16四、原件清单.......................................................................................................18第四章：设计总结............................................................................................................19结论与心得：............................................................................................................19第五章：设计成品............................................................................................................20成品展示：................................................................................................................20模拟电路课程设计报告书4第一章：概述一、滤波器的概况滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。本课题所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。二、模拟滤波器的传递函数与频率特性1、模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。2、模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤波器的输入信号Ui是角频率为w的单位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，模拟电路课程设计报告书5简称频率特性。频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，其幅角∮(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。三、滤波器的主要特性指标1、特征频率：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。2、增益与衰耗滤波器在通带内的增益并非常数。①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益。②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。3、阻尼系数与品质因数阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q=w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽，w0模拟电路课程设计报告书6为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。4、灵敏度滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy，定义为：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。5、群时延函数当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延函数d∮(w)/dw评价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数，信号相位失真越小。模拟电路课程设计报告书7第二章：设计内容一、设计目的1、熟悉语音滤波的概况。2、掌握语音滤波器的电路幅频特性和相频特性。3、掌握语音滤波电路的设计方法。4、掌握语音滤波电路的调试及其幅频特性和相频特性的测试方法。二、设计任务和要求1、分别用压控电源和无限增益多路反馈两种方法设计电路；2、抑制50Hz工频干扰信号；3、品质因素Q≧10，增益Av1；三、方案设计与论证由设计可知，此次设计的主要目的是设计能抑制50Hz工频信号的滤波电路。即在输入加入不同频率的语音信号后，在50Hz左右的信号将能受到抑制，而超出这个抑制范围的信号将能通过，所以应选用带阻滤波器实现功能。其次，应分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法进行设计其次勇桥式整流电容集成稳压块电路设计电路所需的稳定的正负直流电源，联系本课程即可用桥式整流电路和电容滤波电路和稳压管稳压电路组成。四、语音滤波器的设计方案一、将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路输出电压求和，即得到带阻滤波器。其中，低通滤波器的截止频率fp1应小于高通滤波器的截止频率fp2。电路图如下图一，图二。模拟电路课程设计报告书8图一、由压控电压源构成模拟电路课程设计报告书9图二、由无限增益多路反馈构成模拟电路课程设计报告书10方案二、利用无源LPF和HPF并联构成无缘傣族滤波电路，然后接通相比例运算电路，从而得到帯阻滤波电路。可利用典型的双T带阻滤波器实现所要求功能。电路图如下图三、图四。图三、压控电压源帯阻滤波电路模拟电路课程设计报告书11图四、无限增益多路带阻滤波器与方案二比较，方案一在原理上符合实验要求，但不实用，基本上得不到要求结果，并且所需原件数量过多，降低了电路的可靠性和稳定性，而且对于接下来的焊接过程加大了很多负担，加之参数计算繁多。为此选择方案二的设计。模拟电路课程设计报告书12第三章：设计单元与计算一、单元电路设计1、一阶高通滤波器一阶高通滤波器包含一个RC电路，将一阶低通滤波器的R与C对换位置即可构成一阶高通滤波器。如图所示为一阶高通滤波器：图3-1图3-1所示滤波器为反向运算放大器。其传递函数为：swGsCRRIsZIsZsUsUSGfffi001111011)()()()()(式中10RRGf为通带增益，1101CRw为截止角频率。其频率特性为：wwjGjwG001)(幅频特性为：模拟电路课程设计报告书13200)(1||)(wwGwG相频特性为：)arctan()(0由幅频特性公式可得如图3-2的幅频特性曲线。图3-2由图可知，一阶高通滤波器的缺点是：阻带特性衰减太慢，为⒛