滤波器的设计与实现
一、设计简介
自已设计电路系统，构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。

利用Matlab或PSPICE或PROTEL或其他软件仿真。

二、设计要求
完成电路设计；学习用计算机画电路图；学会利用Matlab或PSPICE或其他软件仿真。

三、设计路线
滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率次（通常是某个频率范围）的信号通过，而其他频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。

这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无缘滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。

根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF），高通滤波器（HPF），带通滤波器（BPF），和带阻滤波器（BEF）四种。

从实现方法上可分为FIR，IIR滤波器。

从设计方法上可分为切比雪夫滤波器，巴特沃思滤波器。

从处理信号方面可分为经典滤波器和现代滤波器。

在这里介绍两种具体的滤波器设计方法：
（1）切比雪夫滤波器：是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹
波动的滤波器。

在通带波动的为“I型切比雪夫滤波器”，在阻带波动的为“II型切比雪夫滤波器”。

切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。

切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。

这种滤波器来自切比雪夫多项式，因此得名，用以记念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫（Пафнутий Львович Чебышёв）。

（2）巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。

这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。

巴特沃斯滤波器的特性
巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。

在振幅的对数对角频率的波得图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。

无源滤波器与有源滤波器的比较
无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。

但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

四、设计内容
根据电路理论，信号与系统，电路试验等课程的知识，分别设计出低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器的电路图。

（1）有源低通滤波器
低通滤波器传递函数为：
2221()21
G s R C s RCs =++ 用pspice 绘制电路图：
其中R1=R2=R4=1k Ω，C1=C2=0.1μF 。

电源电压为1V
其上限截止频率为12H f RC
π=
=1592.3Hz
通过pspice仿真后得到幅频特性曲线
(2)有源高通滤波器
高通滤波器的传递函数为
222
222
()
21
R C s
G s
R C s RCs
=
++用pspice绘制电路图得到
其中R1=R2=R3=1kΩ，C1=C2=0.1μF，电源采用上图种参数
其下限截止频率为L f=
1
2RC
π
=1592.3Hz
通过pspice仿真后得到幅频特性曲线
（3）有源带通滤波器
传递函数为
222
2
()
1
RCs
G s
R C s RCs
=
++绘制电路图
其中R1=R2=R3=1kΩ，R4=R5=10kΩ
C1=C2=0.1μF，电源参数不变
仿真后得到幅频特性曲线为
（4）无缘低通滤波器
传递函数为
2221()31G s R C s RCs =++
绘制电路图
R1=R2=1kΩ，C1=C2=0.1μF，电源参数仍不变Pspice得到仿真图
（5）无源高通滤波器
传递函数为
222
222
()
31
R C s
G s
R C s RCs
=
++绘制电路图
R1=R2=1kΩ，C1=C2=0.1μF
仿真得到幅频特性曲线
（6）无源带通滤波器
传递函数为
222()31R C s G s R C s RCs =++
绘制电路图
R1=R2=1k Ω，C1=C2=0.1μF
仿真后得到幅频特性曲线
心得体会：
本次信号与系统课程设计虽然14周就已开始，但由于资料和时间的限制，真正做的时间只有最后一周。

在本次课程设计中遇到了许多的困难，但是在困难中艰难前行寻找真理的感觉却很美好。

首先是用计算机绘制电路图的问题，虽然pspice等软件曾经学习过，但是实际应用还是第一次，很多细节都掌握不好，还好在同学的帮助下，加上参考《电路试验》上关于pspice的讲解，完成了电路图绘制的部分。

下一步就是通过仿真得到幅频特性曲线，设置电源的参数是一个难点，其他的都还顺利。

在完成设计报告的时候参考了很多资料，也学会了在word文档中输入数学公式的方法，困难越多，得到的就越多。

从无到有是每个人都要经历的过程，人正是在这种过程中取得进步，这次的课程设计便是一个从无到有的过程，第一次做这个，复出的多得到的也很让我欣慰。

总的来说，虽然设计过程中充满了艰辛和无奈，但最后成功地结束让我受益匪浅。

五、参考文献
1：《信号与控制综合实验———实验指导书》第一分册信号与系统基本实验
————华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心
2：《电子技术实验基础》——电子电路实验、设计、仿真——（第二版）
————华中理工大学电子学教研室编
陈大钦主编
高等教育出版社出版
3：《信号与系统分析》——邹云屏林桦编著
科学出版社出版
4：《线性控制系统工程》——Morris Driels编著
清华大学出版社出版5：《模拟电子技术基础》——陈大钦主编
秦臻邹韬平张林参编
机械工业出版社出版
6：《电路基础》——清华大学出版社出版。