滤波电路的设计与仿真

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇滤波电路的设计与仿真范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

滤波电路的设计与仿真范文第1篇

关键词： 带通滤波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0024?03

0 引 言

带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。但是，带通滤波器的种类繁多，各个类型的设计差异也很大，这就导致了在传统滤波器的设计方法中不可避免地要进行大量的理论计算与分析，不但损失了宝贵的时间，同时也提升了电路的设计门槛[1]。为了解决上述弊端，本文介绍了一种使用FilterPro和Proteus相结合的有源带通滤波器的设计方案，随着EDA技术的不断发展，这种方法的优势也将越来越明显。

1 带通滤波器设计工具简介

1.1 滤波器设计软件FilterPro

FilterPro是美国TI（德州仪器）公司推出的一款优秀的滤波器设计软件，它支持低通、高通、带通以及全通滤波器的设计，同时也支持常见的贝塞尔、巴特沃斯以及切比雪夫响应类型。设计人员只需要根据滤波器的设计向导按部就班地往下进行，就可以得到符合要求的滤波器电路，同时还可以得到与之相对应的响应曲线。但是有一点需要注意：这款软件的计算结果是一个连续域的计算结果，只有当使用的运算放大器是绝对理想的运放时才能得到与所给响应曲线完全吻合的响应结果，但这并不影响我们使用它进行滤波器的设计。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真软件对电路进行仿真分析和调整，这就可以设计出性能稳定的滤波器电路[2]。

1.2 电路仿真软件Proteus

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的一款功能强大的EDA软件，它自身集成了丰富的元件库，更具有其他软件无法与之相媲美的单片机仿真功能，使得它被广大单片机设计人员所熟知。其实Proteus在模拟电子的设计与仿真中做的同样出色，只不过对它在这方面的介绍较少。

4 结 语

本文介绍的这种带通滤波器的设计方法具有很强的通用性。实践表明，该方法不但可以避免一些复杂的理论计算和分析，同时通过仿真还可以直观的检验电路的输入和输出，进而使得滤波器的性能更加的稳定。另外，使用EDA软件进行电路设计和仿真测试也可以有效地降低设计难度和设计成本，这种设计方法也为滤波器的设计提供了一种新的设计思路。

参考文献

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2010.

（下转第30页）

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

[3] 吴小花.基于Proteus的电子电路设计与实现[J].现代电子技术，2011，34（15）：174?176.

[4] CARTER B， MANCINI R.运算放大器权威指南[M].3版.北京：人民邮电出版社，2010.

滤波电路的设计与仿真范文第2篇

关键词：Multisim 10.0；有源滤波器；Matlab 7.1;验证型；设计型

中图分类号：TN721.2 文献标识码：B 文章编号：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 仿真软件简介

Matlab 7.1是最新版的数学计算软件，可以对大量数据进行直观的分析，对理论推导结果进行数值分析和绘图，使之具体化形象化，本文用Matlab 7.1对滤波器通频带公式进行实验数据的绘图，达到了更加直观的效果；Multisim 10.0是一个用于电子线路仿真与设计的EDA软件，他可在电路和元件的参数的基础上，仿真出电路的各种指标，比如我们用到的通频带，即幅频特性曲线。

2 RC有源二阶低通滤波器

常用的电路形式有2种：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，这里只分析Sallen-Key（如图1所示），信号从运放的同相端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，运放A和R3 ，R4组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路。优点是电路性能较稳定，增益容易调节。

典型的RC有源二阶低通滤波器有3种：巴特沃斯、贝塞尔和切比雪夫。其中，巴特沃斯滤波器的优点是带内平坦，后面会在设计型实验中用到。在验证型实验中，采用图1所示的电路和参数，从后面的分析可看出，这是采用Sallen-Key电路形式的非典型的RC有源二阶低通滤波器。

3验证型实验中对RC有源滤波器的理论推导、绘图和仿真

（1） 理论推导和Matlab 7.1绘图

5 结 语

本文以Sallen-Key电路形式的非典型RC有源低通滤波器的实验为例，将电路的理论推导、Matlab数据绘图、Multisim电路仿真和实验测量结合起来，达到在理论指导下的数据绘图与电路仿真在理想条件下的一致，电路仿真验证了实际运放的单位增益带宽指标对通频带的影响。本文还根据巴特沃斯滤波器的标准传递函数，重新修改实验电路的理论推导结果，并采用简化的设计方法，设计出一个巴特沃斯RC二阶有源低通滤波器，并通过绘图和仿真得出了电路的通频带，实验结果与理论与仿真达到和谐统一。在本文提出的实验方法中，既有理论指导实验，又有电路软件虚拟仿真实验，最后还有自己动手做实验。这样，验证型实验达到融会贯通的效果，设计型实验达到了将理论知识转化为设计能力的效果。这种新的实验教学模式可以推广到几乎所有的电路实验当中。

参 考 文 献

［1］Donald A Neamen.Electronic Curcuit Analysis and Design［M］.2nd Edition.北京：清华大学出版社,McGraw-Hill,2000.

［2］Paul Horowitz,Winfield Hill.The Art of Electronics［M］.2nd Edition.北京：清华大学出版社,2003.［3］路勇,高文焕.电子电路实验及仿真［M］.北京：清华大学出版社,北方交通大学出版社，2004.

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

［5］陈军，夏汉初，龚晶.电子技术基础实验（模拟电路部分）［M］.南京：理工大学理学院，2007.

［6］郑步生，吴渭.Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用［M］.北京：电子工业出版社，2002.

滤波电路的设计与仿真范文第3篇

关键词：带通滤波器；仿真；ADS；平行耦合线

引言

在微波通信系统中，微带线带通滤波器以其结构小、集成性强等优势成为各种微波产品中的常用重要器件。随着微波技术的发展，微带滤波器的种类日益增多。它们性能各异，设计方法也有所不同，近年来微波系统的设计越来越复杂，对微波滤波器的指标要求也越来越高，传统的设计方法已经不能满足设计的需要，ADS（Advanced Design System），是安捷伦公司推出的一套电路设计软件。是一个己被广大电子工程设计师们所接受和喜爱，功能十分强大的EDA软件系统。结合 ADS 软件能够在保证精度的前提下缩短设计周期、降低设计成本，降低电路的调试测量工作量，提高设计效率。使用ADS仿真软件进行微波元器件等设计已经成为微波电路设计及优化的必然趋势。

1 滤波器设计原理

对于不同结构的滤波器，均为从一系列信号中分离出所需要的频率。由此，所有电路均可以用网络参数的形式来反映输入端和输出端的关系。根据滤波器理论，所有类型的滤波器均可映射成归一化的低通滤波器[1]。因此带通滤波器的设计可以先从设计归一化低通滤波器开始，然后再映射成带通滤波器，映射如图1所示.图中横坐标以分贝为单位，LA为衰减度，Lr为通带内最大衰减度。？棕'1为归一化截止频率，当归一化频率大于？棕'1时为阻带反之为通带。图中的变量关系为：？棕'/？棕'1映射成[？棕/？棕0-？棕0/？棕]/？赘，其中： ？棕0为带通滤波器的中心频率；？赘为带宽比，定义为？赘=（？棕2-？棕1）/？棕0。在此转换过程中，低通滤波器中的L和C分别和带通滤波器中的L-C串联谐振回路、L-C并联谐振回路有对应关系。

2 微带线带通滤波器设计与优化

假设滤波器的设计指标为：特性阻抗50Ω，通带范围为9-10GHz，阻带范围为11 GHz，带内波纹指数为0.ldB，阻带最小衰减为36dB。根据带通滤波器设计的原理，先计算归一化低通滤波器参数，再映射到带通滤波器。经过查表确定滤波器节数为4阶。查表可知波纹0.1dB的四阶切比雪夫滤波器归一化参数标准为：g1=1.1088，g2=1.3062，g3=1.7704，g4=0.8181，g5=1.3554。则四阶切比雪夫低通原型电路图2所示，其中g0为源内电导，g5为负载电阻值。

3 结论

在使用 ADS仿真软件设计平行耦合微带滤波器时，可以看到，使用ADS辅助设计方法理论计算简单，设计过程快速灵活，只需调整少量参数就可完成设计，可方便、快速地对微波元件及电路进行仿真分析，除本文涉及的平行耦合微带滤波器外，还可对其他介质、结构的滤波器设计也具有一定工程实用及参考价值。

参考文献

[1]清华大学《微带电路》编写组.微带电路[M].北京：人民邮电出版社，1975.

[2]孙曙威.微带线带通滤波器的设计[J].上海交通大学学报，1997，31（5）： 78-80.

[3]张洪福，张振强，马佳佳. 基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化[J]. 电子器件，2010，33（4）：433-437.

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

滤波电路的设计与仿真范文第4篇

【关键词】LTCC技术 超小型低通滤波器 设计 制作 应用

随着现代化的通信技术的快速发展，各类电子设备在对其质量有较高要求的同时，对其集成化、小型化的要求也逐渐提高，在低通滤波器的设计、制作过程中，应用LTCC技术，可以有效的实现低通滤波器的超小型设计要求，本文就结合LTCC技术，分析超小型低通滤波器的设计、制作及应用。

1 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计

1.1 二维仿真设计

本次设计中，所要设计的基于LTCC技术的低通滤波器的体积是超小型的，本次设计所选用的设计尺寸是1.6mm×0.8mm的尺寸，要求该超小型滤波器的阻带损耗不小于30dB，这一设计要求就决定了在设计的过程中，不能选用常规的低通滤波器模型结构，在其结构中，电感所占的空间比较大，因此，在本次设计中要在不影响整个低通滤波器的性能的基础上，尽量减少等效电路中电感的应用，本次设计中，等效电路的仿真是采用Designer电路仿真软件进行仿真。

1.2 三维磁场的仿真设计

对二维的仿真结果进行简单的分析发现，本次设计中选用的等效电路中，电容的数量为五个，电感的数量为两个，通过对等效电路进行三维仿真，建立起等效电路的三维模型，如图1所示，为了提高空间利用率，本次设计中采用的是VIC电容。

由于在进行等效电路的二维仿真时，没有充分的考虑电路中各元件之间的耦合特性，所以，所得到的电性能曲线与实际的性能要求存在一定的差别，通过对各元件的分布进行优化之后，得到上图的最终三维模型图，并对其电性能进行仿真。

1.3 模型设计

在进行基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计时，要使设计的模型能够转化为最终的产品，必须在设计时考虑到边界条件，天线方向的辐射边界应该≥l/4，器件模型的辐射边界应该≥l/10，其中l表示的含义是产品中心频率波长。

在进行有关设计的模型设计时，首先需要根据产品设计的尺寸，建立有效的模型，根据电路的设计要求，在陶瓷体的内部建立起能够满足排版对称要求的内电极图案，同时还要建立有效的外电极，其模型的各项控制参数主要为：（1）内部过孔的最小中心间距要不小于三百微米；（2）模型边缘与内电极之间的最小电极应该不小于150微米；（3）内电极线条的最小宽度应该不小于50微米；（4）内电极相邻图案的最小间距应该不小于50微米；（5）内电极相互之间的垂直间距要能够不小于33微米；（6）内电极图案的厚度应该为10微米。

对设计的模型进行调试时，要将仿真计算结果与相应的设计参数指标进行对比分析，根据比较结果对模型中的图案层间距及电极图案进行调整，当仿真结果与相应的设计参数要求值相符时，仿真结果即满足了本次设计的设计要求。

2 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的制作

有效的模型仿真是整个基于LTCC超小型低通滤波器设计、制作的关键步骤，在完成模型仿真工作之后，就可以进行基于LTCC技术的超小型低通滤波器的制作了，在整个制作过程中，有一项非常重要的工作就是进行网版的设计制作。

在制作网版时，首先要将仿真软件中模型电极的图案，导入到AutoCAD中，利用该软件，对每个电极图案的顺序进行有效的编辑，然后需要对每层的电极图案进行一定比例的放大，放大的比例按照LTCC材料参数表的收缩率来进行选择。

之后要开始进行制版工作，首先要画一个边长为150毫米的正方形框线，在距离中心间距65.51毫米的地方画一条长100毫米、宽0.1毫米的垂直线作为网版精度检测的标准线，按照放大之后的内电极的尺寸的大小，画出其定位框线，在中心线的对称间距为61.5毫米的定位线上画切割图案，并将进行过放大处理的内电极图案复制于相关的定位位置，其总面积要能够小于边长为123毫米的正方形面积，为了避免在切割的过程中出现切割偏差导致内电极的外连线断掉，应该在切割图案的边缘画制适当宽度的延伸线，在底层网版图案的制作过程中，可以将正方形框线左上角的对角线作为中心，进行镜像处理，为了便于区分，需要在图案的右下方进行其网版编号的标示。

3 基于LTCC技术的超小型低通滤波器的应用

本次研究中的基于LTCC技术的超小型低通滤波器设计、制作完成之后，要使其在整机电路中发挥很好的作用，就要对其进行较好的阻抗匹配，这是一项非常复杂的工作，目前主要采用的阻抗匹配方法有手工计算法及计算机仿真法，通过smith圆图功能对本次设计中的器件进行阻抗匹配，最终得到的产品具有很好的整机使用性能。

4 结束语

本文对基于LTCC技术的超小型低通滤波器的设计、制作及应用进行了简单分析，最终得到的产品，能够满足相关的设计要求，并且具有较好的整机应用性能。

参考文献

[1]王颖麟,薛耀平.小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究[J].电子与封装,2013(3).

[2]谢联文.基于LTCC技术的低通滤波器快速设计与测试方法[J].现代电子技术,2011(11).

作者简介

叶芳（1974-），女，广西壮族自治区合浦县人。现为广西水利电力职业技术学院讲师。大学本科学历。研究方向为电子技术、控制技术。

韦佳伟（1973-），男，广西壮族自治区宾阳县人。现为广西水利电力职业技术学院讲师。研究生学历。研究方向为电子技术、控制技术。

滤波电路的设计与仿真范文第5篇

关键词：Matlab；Simulink；电力系统；电力电子；仿真

中文分类号：TM743　文献标志码：A　文章编号：1006-8228(2011)09-66-03

0　引言

Matlab是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，是美国MathWorks公司于1982年出品的商业数学软件，在概念设计，数据处理，建模仿真，绘图功能及实时分析等方面有着非常强大的功能。该软件功能极其丰富，可通过代码编程，也可通过GUI(图形用户界面)进行图形编程，目前已经被应用于多个行业中。

在电力行业中，为了确保电路设计、电力系统运行和电力电子器件测试的成功，同时又取消代价昂贵的实物实验，且避免存在潜在危险的设计缺陷，就必须在设计流程中进行周密的计划与评价。尽管计算机仿真并不能完全代替实物实验，但电力行业的计算机仿真给出了一个成本低、效率高的方法，能够在进入更为昂贵、费时的原型开发阶段之前，分析计划可行性，找出问题所在。因此最佳的设计流程需要将仿真与原型开发混合进行。

1　应用Matlab进行电力仿真的基本方法

1.1Simulink工具箱

Matlab中的Simulink工具箱为电力行业多方面的仿真提供了良好的平台。Simulink提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，用户无需通过学习代码进行编程，只需通过学习简单的图形编程即可构建出各种复杂的系统进行仿真。Simulink中有一个Power System Blockset(PsB]，提供了各类电力行业中运用的器件，包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等。并且在构建电力模型时，还要考虑如光能、热力等问题，电力行业涉及到多种专业知识。

1.2仿真方法

Matlab对于电力行业的仿真主要可分为以下两种方法：

(1)代码编程，即通过编码编写程序来实现对电力系统、电力电子中的电路仿真，虽然Matlab中的编程较C语言等其他编程语言来说相对简易，但对于初学者来说仍然有一定的难度；

(2)图形编程，该方法建立在Simulink平台之上，利用其中PSB中的原件模型构建已设计的电路，并且自行设置参数，可用示波器观察电路的工作情况，从而获得令人满意的仿真结果。该方法相对代码编程来说相对容易，易于掌握。

2　Matlab在电力系统分析中的运用实例

2.1电路设置

本文以三相电力系统中最基本的短路分析为例，使用Matlab对电力系统中常见的三相短路，两相接地短路，单相接地短路进行波形分析。

本文的模型中选用理想三相电压源(Three―PhaseSource)作为电源，该电压源为Y型连接，中性点不接地；使用两段100kin分布参数输电线(Distributed Parameters Linel)作为输电线路，线路2末端中性点接地；使用三相短路故障发生器(Three-Phase Fault)产生各类短路。

各模块参数设置如下：

三相电压源：相电压有效值380V，相相角0°，频率50Hz。

分布参数输电线：频率50Hz，单位长度电阻[0.011650.2676]，单位长度电抗[0.8679e-33.008e-3]，单位长度电容[13.41e-9 8.57e-9]，长度100m。

三相故障短路发生器：故障点电阻0.00112，故障点接地电阻0.001，转换状态[10]，转换时间[0.01 0.05]。

电路模拟图如图1所示。

2.2短路电流波形

参数设置和电路连接完或后，按仿真按钮，并双击示波器模块，可得如下波形。

(1)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A、B、c三相故障都选中，得三相短路故障电流波形如图2所示。

(2)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A、B两相故障选中，并选择故障相接地选项，得两相接地短路电流波形如图3所示。(3)将三相短路故障发生器中“故障相选择”的A相故障选中，并选择故障相接地选项，得单相接地短路电流波形如图4所示。

由波形可以看出，当系统发生短路时，短路相的电流迅速增大，当故障排除后，电流逐渐恢复正常，这与理论分析的结果一致。

3　Matlab在电力电子中的应用

3.1三相桥式全控整流电路设计

电力电子，顾名思义，即为应用于电力系统中的电子技术，电力电子器件的电路结构可简单可复杂，设计过程也可用Matlab进行仿真实验。本文以三相桥式全控整流电路为例，简单介绍Matlab在电力电子器件仿真中的应用。

设计的三相桥式全控整流电路通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。

本文利用该电路在删除和添加滤波环节分别进行模拟，以说明Matlab在电力电子器件测试中的作用。

选用三个幅值设置为537V，频率为50Hz的交流电压源，各电压源之间相差120°；一次侧相电压658V，二次侧相电压165V，频率50Hz的变压器；负载为2.2Q；电抗值为50mH的滤波电抗；电容值为200uF的滤波电容；集成的六脉波发生器；整流桥选用已封装的Universal Bridge。

加入滤波环节电路模拟图如图5所示。删除滤波环节的直流侧如图6所示。

3.2负载侧波形--

通过六脉波发生器输入的设置可以改变晶闸管的触法角，可得到不同的输出电压，本文测试了60。触发角时，在删除和添加滤波环节这两种不同情况下的直流侧波形。

(1)a＝60°。无滤波环节时直流侧电压波形如图7所示(2)a=60°，添加滤波环节时直流侧电压波形如图8所示

通过Matlab仿真可以清楚地看到滤波环节的重要性，同时计算机仿真工作也省去了制作实物电路后再测试电路的繁琐过程。