濾波電路的設計與仿真

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濾波電路的設計與仿真范文第1篇

關鍵詞： 帶通濾波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0024?03

0 引 言

帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性，故而被廣泛地應用現在電子設計中。但是，帶通濾波器的種類繁多，各個類型的設計差異也很大，這就導致了在傳統濾波器的設計方法中不可避免地要進行大量的理論計算與分析，不但損失了寶貴的時間，同時也提升了電路的設計門檻[1]。為了解決上述弊端，本文介紹了一種使用FilterPro和Proteus相結合的有源帶通濾波器的設計方案，隨著EDA技術的不斷發展，這種方法的優勢也將越來越明顯。

1 帶通濾波器設計工具簡介

1.1 濾波器設計軟件FilterPro

FilterPro是美國TI（德州儀器）公司推出的一款優秀的濾波器設計軟件，它支持低通、高通、帶通以及全通濾波器的設計，同時也支持常見的貝塞爾、巴特沃斯以及切比雪夫響應類型。設計人員只需要根據濾波器的設計向導按部就班地往下進行，就可以得到符合要求的濾波器電路，同時還可以得到與之相對應的響應曲線。但是有一點需要注意：這款軟件的計算結果是一個連續域的計算結果，只有當使用的運算放大器是絕對理想的運放時才能得到與所給響應曲線完全吻合的響應結果，但這并不影響我們使用它進行濾波器的設計。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真軟件對電路進行仿真分析和調整，這就可以設計出性能穩定的濾波器電路[2]。

1.2 電路仿真軟件Proteus

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發的一款功能強大的EDA軟件，它自身集成了豐富的元件庫，更具有其他軟件無法與之相媲美的單片機仿真功能，使得它被廣大單片機設計人員所熟知。其實Proteus在模擬電子的設計與仿真中做的同樣出色，只不過對它在這方面的介紹較少。

4 結 語

本文介紹的這種帶通濾波器的設計方法具有很強的通用性。實踐表明，該方法不但可以避免一些復雜的理論計算和分析，同時通過仿真還可以直觀的檢驗電路的輸入和輸出，進而使得濾波器的性能更加的穩定。另外，使用EDA軟件進行電路設計和仿真測試也可以有效地降低設計難度和設計成本，這種設計方法也為濾波器的設計提供了一種新的設計思路。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2010.

（下轉第30頁）

[2] Texas Instruments.FilterPro用戶指南[EB/OL].[2011?07?09].http：//.cn/tool/cn/filterpro.

[3] 吳小花.基于Proteus的電子電路設計與實現[J].現代電子技術，2011，34（15）：174?176.

[4] CARTER B， MANCINI R.運算放大器權威指南[M].3版.北京：人民郵電出版社，2010.

濾波電路的設計與仿真范文第2篇

關鍵詞：Multisim 10.0；有源濾波器；Matlab 7.1;驗證型；設計型

中圖分類號：TN721.2 文獻標識碼：B 文章編號：1004-373X(2008)02-065-03

A New Experiment Method for RC Two-pole Active Filter

XU Faqiang,HU Jiansheng,CHEN Jun,TANG Kai

(Institute of Technology,PLA University of Science and Engineering,Nanjing,210007,China)

Abstract：RC two-pole active filter is a typical circuit for the amplifier and it becomes the popular experiment for students.Normally,students have a little bit of difficult in the theory development and analysis,and it is also hard for them to handle the strange phenomenon in the experiment.In this article,a new method of combination of theory,simulation and experiment has been raised.It can effectively solve the problem.First,based on the circuit,the transfer function is developed and the result is showed with a graph in Matlab7.1,second,the circuit simulation is performed in Multisim10.0.Based on the results obtained,the experiment is made and all data is saved.In the end,all results should be analyzed and will come to the conclusion.Such experiment method is very effect for the testing experiment and designing experiment.The experiment method supposed in this article relates the theory and the test,it is good for the teaching quality and it has raised the student′s interesting for experiment.In the result,the knowledge has been confirmed and ability in experiment has been raised.

Keywords：Multisim 10.0;active filter;Matlab 7.1;verification type;design type

1 仿真軟件簡介

Matlab 7.1是最新版的數學計算軟件，可以對大量數據進行直觀的分析，對理論推導結果進行數值分析和繪圖，使之具體化形象化，本文用Matlab 7.1對濾波器通頻帶公式進行實驗數據的繪圖，達到了更加直觀的效果；Multisim 10.0是一個用于電子線路仿真與設計的EDA軟件，他可在電路和元件的參數的基礎上，仿真出電路的各種指標，比如我們用到的通頻帶，即幅頻特性曲線。

2 RC有源二階低通濾波器

常用的電路形式有2種：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，這里只分析Sallen-Key（如圖1所示），信號從運放的同相端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運放A和R3 ，R4組成電壓控制的電壓源，因此稱為壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。優點是電路性能較穩定，增益容易調節。

典型的RC有源二階低通濾波器有3種：巴特沃斯、貝塞爾和切比雪夫。其中，巴特沃斯濾波器的優點是帶內平坦，后面會在設計型實驗中用到。在驗證型實驗中，采用圖1所示的電路和參數，從后面的分析可看出，這是采用Sallen-Key電路形式的非典型的RC有源二階低通濾波器。

3驗證型實驗中對RC有源濾波器的理論推導、繪圖和仿真

（1） 理論推導和Matlab 7.1繪圖

5 結 語

本文以Sallen-Key電路形式的非典型RC有源低通濾波器的實驗為例，將電路的理論推導、Matlab數據繪圖、Multisim電路仿真和實驗測量結合起來，達到在理論指導下的數據繪圖與電路仿真在理想條件下的一致，電路仿真驗證了實際運放的單位增益帶寬指標對通頻帶的影響。本文還根據巴特沃斯濾波器的標準傳遞函數，重新修改實驗電路的理論推導結果，并采用簡化的設計方法，設計出一個巴特沃斯RC二階有源低通濾波器，并通過繪圖和仿真得出了電路的通頻帶，實驗結果與理論與仿真達到和諧統一。在本文提出的實驗方法中，既有理論指導實驗，又有電路軟件虛擬仿真實驗，最后還有自己動手做實驗。這樣，驗證型實驗達到融會貫通的效果，設計型實驗達到了將理論知識轉化為設計能力的效果。這種新的實驗教學模式可以推廣到幾乎所有的電路實驗當中。

參 考 文 獻

［1］Donald A Neamen.Electronic Curcuit Analysis and Design［M］.2nd Edition.北京：清華大學出版社,McGraw-Hill,2000.

［2］Paul Horowitz,Winfield Hill.The Art of Electronics［M］.2nd Edition.北京：清華大學出版社,2003.［3］路勇,高文煥.電子電路實驗及仿真［M］.北京：清華大學出版社,北方交通大學出版社，2004.

［4］Jim Karki.Active Low-Pass Filter Design\[R\].TI Application Report,2002.

［5］陳軍，夏漢初，龔晶.電子技術基礎實驗（模擬電路部分）［M］.南京：理工大學理學院，2007.

［6］鄭步生，吳渭.Multisim 2001 電路設計及仿真入門與應用［M］.北京：電子工業出版社，2002.

濾波電路的設計與仿真范文第3篇

關鍵詞：帶通濾波器；仿真；ADS；平行耦合線

引言

在微波通信系統中，微帶線帶通濾波器以其結構小、集成性強等優勢成為各種微波產品中的常用重要器件。隨著微波技術的發展，微帶濾波器的種類日益增多。它們性能各異，設計方法也有所不同，近年來微波系統的設計越來越復雜，對微波濾波器的指標要求也越來越高，傳統的設計方法已經不能滿足設計的需要，ADS（Advanced Design System），是安捷倫公司推出的一套電路設計軟件。是一個己被廣大電子工程設計師們所接受和喜愛，功能十分強大的EDA軟件系統。結合 ADS 軟件能夠在保證精度的前提下縮短設計周期、降低設計成本，降低電路的調試測量工作量，提高設計效率。使用ADS仿真軟件進行微波元器件等設計已經成為微波電路設計及優化的必然趨勢。

1 濾波器設計原理

對于不同結構的濾波器，均為從一系列信號中分離出所需要的頻率。由此，所有電路均可以用網絡參數的形式來反映輸入端和輸出端的關系。根據濾波器理論，所有類型的濾波器均可映射成歸一化的低通濾波器[1]。因此帶通濾波器的設計可以先從設計歸一化低通濾波器開始，然后再映射成帶通濾波器，映射如圖1所示.圖中橫坐標以分貝為單位，LA為衰減度，Lr為通帶內最大衰減度。？棕'1為歸一化截止頻率，當歸一化頻率大于？棕'1時為阻帶反之為通帶。圖中的變量關系為：？棕'/？棕'1映射成[？棕/？棕0-？棕0/？棕]/？贅，其中： ？棕0為帶通濾波器的中心頻率；？贅為帶寬比，定義為？贅=（？棕2-？棕1）/？棕0。在此轉換過程中，低通濾波器中的L和C分別和帶通濾波器中的L-C串聯諧振回路、L-C并聯諧振回路有對應關系。

2 微帶線帶通濾波器設計與優化

假設濾波器的設計指標為：特性阻抗50Ω，通帶范圍為9-10GHz，阻帶范圍為11 GHz，帶內波紋指數為0.ldB，阻帶最小衰減為36dB。根據帶通濾波器設計的原理，先計算歸一化低通濾波器參數，再映射到帶通濾波器。經過查表確定濾波器節數為4階。查表可知波紋0.1dB的四階切比雪夫濾波器歸一化參數標準為：g1=1.1088，g2=1.3062，g3=1.7704，g4=0.8181，g5=1.3554。則四階切比雪夫低通原型電路圖2所示，其中g0為源內電導，g5為負載電阻值。

3 結論

在使用 ADS仿真軟件設計平行耦合微帶濾波器時，可以看到，使用ADS輔助設計方法理論計算簡單，設計過程快速靈活，只需調整少量參數就可完成設計，可方便、快速地對微波元件及電路進行仿真分析，除本文涉及的平行耦合微帶濾波器外，還可對其他介質、結構的濾波器設計也具有一定工程實用及參考價值。

參考文獻

[1]清華大學《微帶電路》編寫組.微帶電路[M].北京：人民郵電出版社，1975.

[2]孫曙威.微帶線帶通濾波器的設計[J].上海交通大學學報，1997，31（5）： 78-80.

[3]張洪福，張振強，馬佳佳. 基于ADS的平行耦合微帶線帶通濾波器的設計及優化[J]. 電子器件，2010，33（4）：433-437.

[4]LUDWING R. RF Circuit design Theory and Application[M].Upper Saddle River，NJ，USA： Prentice Hall 2000.

濾波電路的設計與仿真范文第4篇

【關鍵詞】LTCC技術 超小型低通濾波器 設計 制作 應用

隨著現代化的通信技術的快速發展，各類電子設備在對其質量有較高要求的同時，對其集成化、小型化的要求也逐漸提高，在低通濾波器的設計、制作過程中，應用LTCC技術，可以有效的實現低通濾波器的超小型設計要求，本文就結合LTCC技術，分析超小型低通濾波器的設計、制作及應用。

1 基于LTCC技術的超小型低通濾波器的設計

1.1 二維仿真設計

本次設計中，所要設計的基于LTCC技術的低通濾波器的體積是超小型的，本次設計所選用的設計尺寸是1.6mm×0.8mm的尺寸，要求該超小型濾波器的阻帶損耗不小于30dB，這一設計要求就決定了在設計的過程中，不能選用常規的低通濾波器模型結構，在其結構中，電感所占的空間比較大，因此，在本次設計中要在不影響整個低通濾波器的性能的基礎上，盡量減少等效電路中電感的應用，本次設計中，等效電路的仿真是采用Designer電路仿真軟件進行仿真。

1.2 三維磁場的仿真設計

對二維的仿真結果進行簡單的分析發現，本次設計中選用的等效電路中，電容的數量為五個，電感的數量為兩個，通過對等效電路進行三維仿真，建立起等效電路的三維模型，如圖1所示，為了提高空間利用率，本次設計中采用的是VIC電容。

由于在進行等效電路的二維仿真時，沒有充分的考慮電路中各元件之間的耦合特性，所以，所得到的電性能曲線與實際的性能要求存在一定的差別，通過對各元件的分布進行優化之后，得到上圖的最終三維模型圖，并對其電性能進行仿真。

1.3 模型設計

在進行基于LTCC技術的超小型低通濾波器的設計時，要使設計的模型能夠轉化為最終的產品，必須在設計時考慮到邊界條件，天線方向的輻射邊界應該≥l/4，器件模型的輻射邊界應該≥l/10，其中l表示的含義是產品中心頻率波長。

在進行有關設計的模型設計時，首先需要根據產品設計的尺寸，建立有效的模型，根據電路的設計要求，在陶瓷體的內部建立起能夠滿足排版對稱要求的內電極圖案，同時還要建立有效的外電極，其模型的各項控制參數主要為：（1）內部過孔的最小中心間距要不小于三百微米；（2）模型邊緣與內電極之間的最小電極應該不小于150微米；（3）內電極線條的最小寬度應該不小于50微米；（4）內電極相鄰圖案的最小間距應該不小于50微米；（5）內電極相互之間的垂直間距要能夠不小于33微米；（6）內電極圖案的厚度應該為10微米。

對設計的模型進行調試時，要將仿真計算結果與相應的設計參數指標進行對比分析，根據比較結果對模型中的圖案層間距及電極圖案進行調整，當仿真結果與相應的設計參數要求值相符時，仿真結果即滿足了本次設計的設計要求。

2 基于LTCC技術的超小型低通濾波器的制作

有效的模型仿真是整個基于LTCC超小型低通濾波器設計、制作的關鍵步驟，在完成模型仿真工作之后，就可以進行基于LTCC技術的超小型低通濾波器的制作了，在整個制作過程中，有一項非常重要的工作就是進行網版的設計制作。

在制作網版時，首先要將仿真軟件中模型電極的圖案，導入到AutoCAD中，利用該軟件，對每個電極圖案的順序進行有效的編輯，然后需要對每層的電極圖案進行一定比例的放大，放大的比例按照LTCC材料參數表的收縮率來進行選擇。

之后要開始進行制版工作，首先要畫一個邊長為150毫米的正方形框線，在距離中心間距65.51毫米的地方畫一條長100毫米、寬0.1毫米的垂直線作為網版精度檢測的標準線，按照放大之后的內電極的尺寸的大小，畫出其定位框線，在中心線的對稱間距為61.5毫米的定位線上畫切割圖案，并將進行過放大處理的內電極圖案復制于相關的定位位置，其總面積要能夠小于邊長為123毫米的正方形面積，為了避免在切割的過程中出現切割偏差導致內電極的外連線斷掉，應該在切割圖案的邊緣畫制適當寬度的延伸線，在底層網版圖案的制作過程中，可以將正方形框線左上角的對角線作為中心，進行鏡像處理，為了便于區分，需要在圖案的右下方進行其網版編號的標示。

3 基于LTCC技術的超小型低通濾波器的應用

本次研究中的基于LTCC技術的超小型低通濾波器設計、制作完成之后，要使其在整機電路中發揮很好的作用，就要對其進行較好的阻抗匹配，這是一項非常復雜的工作，目前主要采用的阻抗匹配方法有手工計算法及計算機仿真法，通過smith圓圖功能對本次設計中的器件進行阻抗匹配，最終得到的產品具有很好的整機使用性能。

4 結束語

本文對基于LTCC技術的超小型低通濾波器的設計、制作及應用進行了簡單分析，最終得到的產品，能夠滿足相關的設計要求，并且具有較好的整機應用性能。

參考文獻

[1]王穎麟,薛耀平.小型化LTCC低通濾波器設計與制造工藝研究[J].電子與封裝,2013(3).

[2]謝聯文.基于LTCC技術的低通濾波器快速設計與測試方法[J].現代電子技術,2011(11).

作者簡介

葉芳（1974-），女，廣西壯族自治區合浦縣人。現為廣西水利電力職業技術學院講師。大學本科學歷。研究方向為電子技術、控制技術。

韋佳偉（1973-），男，廣西壯族自治區賓陽縣人。現為廣西水利電力職業技術學院講師。研究生學歷。研究方向為電子技術、控制技術。

濾波電路的設計與仿真范文第5篇

關鍵詞：Matlab；Simulink；電力系統；電力電子；仿真

中文分類號：TM743　文獻標志碼：A　文章編號：1006-8228(2011)09-66-03

0　引言

Matlab是矩陣實驗室(Matrix Laboratory)的簡稱，是美國MathWorks公司于1982年出品的商業數學軟件，在概念設計，數據處理，建模仿真，繪圖功能及實時分析等方面有著非常強大的功能。該軟件功能極其豐富，可通過代碼編程，也可通過GUI(圖形用戶界面)進行圖形編程，目前已經被應用于多個行業中。

在電力行業中，為了確保電路設計、電力系統運行和電力電子器件測試的成功，同時又取消代價昂貴的實物實驗，且避免存在潛在危險的設計缺陷，就必須在設計流程中進行周密的計劃與評價。盡管計算機仿真并不能完全代替實物實驗，但電力行業的計算機仿真給出了一個成本低、效率高的方法，能夠在進入更為昂貴、費時的原型開發階段之前，分析計劃可行性，找出問題所在。因此最佳的設計流程需要將仿真與原型開發混合進行。

1　應用Matlab進行電力仿真的基本方法

1.1Simulink工具箱

Matlab中的Simulink工具箱為電力行業多方面的仿真提供了良好的平臺。Simulink提供了一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，用戶無需通過學習代碼進行編程，只需通過學習簡單的圖形編程即可構建出各種復雜的系統進行仿真。Simulink中有一個Power System Blockset(PsB]，提供了各類電力行業中運用的器件，包括RLC支路和負載、變壓器、傳輸線、避雷器、電機、電力電子裝置等。并且在構建電力模型時，還要考慮如光能、熱力等問題，電力行業涉及到多種專業知識。

1.2仿真方法

Matlab對于電力行業的仿真主要可分為以下兩種方法：

(1)代碼編程，即通過編碼編寫程序來實現對電力系統、電力電子中的電路仿真，雖然Matlab中的編程較C語言等其他編程語言來說相對簡易，但對于初學者來說仍然有一定的難度；

(2)圖形編程，該方法建立在Simulink平臺之上，利用其中PSB中的原件模型構建已設計的電路，并且自行設置參數，可用示波器觀察電路的工作情況，從而獲得令人滿意的仿真結果。該方法相對代碼編程來說相對容易，易于掌握。

2　Matlab在電力系統分析中的運用實例

2.1電路設置

本文以三相電力系統中最基本的短路分析為例，使用Matlab對電力系統中常見的三相短路，兩相接地短路，單相接地短路進行波形分析。

本文的模型中選用理想三相電壓源(Three―PhaseSource)作為電源，該電壓源為Y型連接，中性點不接地；使用兩段100kin分布參數輸電線(Distributed Parameters Linel)作為輸電線路，線路2末端中性點接地；使用三相短路故障發生器(Three-Phase Fault)產生各類短路。

各模塊參數設置如下：

三相電壓源：相電壓有效值380V，相相角0°，頻率50Hz。

分布參數輸電線：頻率50Hz，單位長度電阻[0.011650.2676]，單位長度電抗[0.8679e-33.008e-3]，單位長度電容[13.41e-9 8.57e-9]，長度100m。

三相故障短路發生器：故障點電阻0.00112，故障點接地電阻0.001，轉換狀態[10]，轉換時間[0.01 0.05]。

電路模擬圖如圖1所示。

2.2短路電流波形

參數設置和電路連接完或后，按仿真按鈕，并雙擊示波器模塊，可得如下波形。

(1)將三相短路故障發生器中“故障相選擇”的A、B、c三相故障都選中，得三相短路故障電流波形如圖2所示。

(2)將三相短路故障發生器中“故障相選擇”的A、B兩相故障選中，并選擇故障相接地選項，得兩相接地短路電流波形如圖3所示。(3)將三相短路故障發生器中“故障相選擇”的A相故障選中，并選擇故障相接地選項，得單相接地短路電流波形如圖4所示。

由波形可以看出，當系統發生短路時，短路相的電流迅速增大，當故障排除后，電流逐漸恢復正常，這與理論分析的結果一致。

3　Matlab在電力電子中的應用

3.1三相橋式全控整流電路設計

電力電子，顧名思義，即為應用于電力系統中的電子技術，電力電子器件的電路結構可簡單可復雜，設計過程也可用Matlab進行仿真實驗。本文以三相橋式全控整流電路為例，簡單介紹Matlab在電力電子器件仿真中的應用。

設計的三相橋式全控整流電路通過變壓器與電網連接，經過變壓器的耦合，晶閘管主電路得到一個合適的輸入電壓，使晶閘管在較大的功率因數下運行。變流主電路和電網之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進入電網的諧波成分。保護電路采用RC過電壓抑制電路進行過電壓保護，利用快速熔斷器進行過電流保護。

本文利用該電路在刪除和添加濾波環節分別進行模擬，以說明Matlab在電力電子器件測試中的作用。

選用三個幅值設置為537V，頻率為50Hz的交流電壓源，各電壓源之間相差120°；一次側相電壓658V，二次側相電壓165V，頻率50Hz的變壓器；負載為2.2Q；電抗值為50mH的濾波電抗；電容值為200uF的濾波電容；集成的六脈波發生器；整流橋選用已封裝的Universal Bridge。

加入濾波環節電路模擬圖如圖5所示。刪除濾波環節的直流側如圖6所示。

3.2負載側波形--

通過六脈波發生器輸入的設置可以改變晶閘管的觸法角，可得到不同的輸出電壓，本文測試了60。觸發角時，在刪除和添加濾波環節這兩種不同情況下的直流側波形。

(1)a＝60°。無濾波環節時直流側電壓波形如圖7所示(2)a=60°，添加濾波環節時直流側電壓波形如圖8所示

通過Matlab仿真可以清楚地看到濾波環節的重要性，同時計算機仿真工作也省去了制作實物電路后再測試電路的繁瑣過程。