科研训练论文(文献综述)书写规范

学校代码： 10128学 号： 200980191001 科研训练论文(文献综述)（题 目：模拟滤波器的设计学生姓名：毛散敦学 院：机械学院系 别：测控系专 业：测控技术与仪器班 级：测控09-1指导教师：徐永祥 黄凯征2012年6月29日内蒙古工业大学科研训练论文(文献综述)模拟滤波器的设计摘 要：进入21世纪以来，微电子技术和计算机技术得到了飞速发展，与此同时，伴随着超大规模集成电路的进步以及电子系统集成化趋势的迫切需求，模拟集成电路的设计方法受到了人们的重视。低电压、低功率CMOS模拟电路与电流模式集成电路由于具有诸多的优点而成为当前VLSI技术理论工作者和设计工程师所关注的热点。模拟滤波器作为模拟集成电路的重要单元，其结构生成方法和电路设计可推广至大规模集成电路设计，具有重要的参考价值和实用价值。滤波器是一种选频装置，可以是信号中特定的频率成分通过，极大面积的衰减其他频率成分。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。广义的讲，任何一种传输通道都可视为滤波器。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。关键字：滤波器、频率、模拟、信号、电感、电容一、 滤波器概述：滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。 利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。 滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器，在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为常系数，其关系为： XLXC=K2 故L型滤波器又称为K常数滤波器。倘若一滤波器的构成部分，较K常数型具有较尖锐的截止频率（即对频率范围选择性强），而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率者，称为m常数滤波器。所谓截止频率，亦即与滤波器有尖锐谐振的频率。通带与带阻滤波器都是m常数滤波器，m为截止频率与被衰减的其他频率之衰减比的函数。每一m常数滤波器的阻抗与K常数滤波器之间的关系，均由m常数决定，此常数介于01之间。当m接近零值时，截止频率的尖锐度增高，但对于截止频的倍频之衰减率将随着而减小。最合于实用的m值为0.6。至于那一频率需被截止，可调节共振臂以决定之。m常数滤波器对截止频率的衰减度，决定于共振臂的有效Q值之大小。若达K常数及m常数滤波器组成级联电路，可获得尖锐的滤波作用及良好的频率衰减。模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 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。 有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95%以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。 目前的主要滤波函数模型有巴特沃思，切比雪夫，贝塞尔，椭圆函数等模型，这些网络模型全是全极点网络，它们阻带仅在无限远处衰减趋于无穷大。波特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中具有最大平坦度，但从通带到阻带衰减较慢；切比雪夫滤波电路能迅速衰减，但允许通带有一定的纹波，而且瞬态特性较差，上述两种滤波器设计思想都是以理想幅频响应为目标；而贝塞尔滤波电路着重于相频响应，其相移与频率基本成正比，即群时延基本是恒定的，可得失真较小的波形，但其频率选择性比其他滤波器要差。还有一种椭圆函数滤波器，它既有极点和零点，电路比全极点滤波电路复杂，它的阻带衰减曲线陡峭，但是阻带内有旁瓣。它们均具有自己的电路模型，归一化函数族，及其相关滤波器元件参数。二、滤波器作用及工作原理：滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。 信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。滤波器工作原理是：用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为PWM的调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制IGBT单相桥，根据PWM技术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。三、滤波器分类及其特点在电子测量技术中，常用的滤波方式有低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波、全通滤波等。不同类型的滤波器有不同的用途。低通滤波器（LPF）主要用于信号处于低频，并且需要削弱高次谐波或抑制高频干扰和噪声的场合；高通滤波器（HPF）主要用于信号处于高频并且需要削弱直流分量和低频成分的场合；带通滤波器（BPF）主要用来突出有用频段的信号，削弱或抑制有用频段以外的噪声和干扰，常用于载波电路和弱信号提取；带阻滤波器（BEF）主要用来抑制某一窄频段的干扰，如50Hz工频干扰。滤波器电路按有源无源可分为无源和有源两种。无源滤波器主要包括LC滤波电路和RC滤波电路两种。有源滤波器是由RC网络和运算放大器组成的。 滤波器电路中常用的器件包括：RC器件、LC器件、开关电容等。四、模拟滤波器历史，现状、未来 - 1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器 、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 随着现代电子电路技术的发展,模拟滤波器已成为高精度大规模集成电路中的一个基本模块,滤波器参数选择的好坏将在一定程度上影响整个系统的工作稳定性和噪声指标的好坏,如何更加精确地设计模拟滤波器参数是一个值得研究的课题。所以要求模拟滤波器参数精度高,参数调节方便,设计快速灵活,设计周期短,设计成本低,集成度高,抗干扰能力强,功耗低等优点,将成为模拟滤波器的发展方向。六、 总 结 通过本次科研训练了解了在生物医学电子测量系统中，模拟滤波器和放大器一样，占有重要的地位。模拟滤波器在预处理电路中几乎是不可少的，随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，今后要求模拟滤波器参数精度越来越高,参数调节更方便,设计快速灵活,设计周期短,设计成本低,集成度高,抗干扰能力强,功耗低等优点,将成为模拟滤波器向集成方向发展。也为往后的的测控电路设计奠定了基础。参考文献1 张唯真，生物医学电子学 2 模拟电子技术基础(第4版) 清华大学电子学教研组、童诗白、 华成英 高等教育出版社 (平装 -2006-05出版) 3 郑家龙、陈隆道、蔡忠法 高等教育出版社2008-6第2版。4李广林,王亚聪.MAX29系列数字滤波器的使用方法J.现代通信,1997,29,8:29-30. 5冯已引.开关电容滤波器MAX291/292/295/296的特性与应用J.集成电路与应用,1996(5):18-20.6约翰逊D E,约翰逊J R,穆尔H P.有源滤波器精确设计手册M.李国荣,译.北京:电子工业出版社,1984. 5