一種濾波器實訓教學模塊的製作方法

2023-10-31 21:39:42

一種濾波器實訓教學模塊的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種濾波器實訓教學模塊，包括用於外接信號源的信源產生模塊以及與信源產生模塊相接的數字濾波器模塊和模擬濾波器模塊，所述信源產生模塊由依次相接的信號源接口電路和有源低通濾波電路組成；所述數字濾波器模塊由依次相接的第一輸入緩衝電路、模數轉換器、DSP數位訊號處理器、數模轉換器、第一輸出緩衝電路和第一輸出信號接口電路組成，所述模擬濾波器模塊由依次相接的第二輸入緩衝電路、模擬頻率補償電路、第二輸出緩衝電路和第二輸出信號接口電路組成。本實用新型結構簡單，實現成本低，操作學習方便快捷，用於實訓教學便於學生全面掌握信號與系統的知識，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
【專利說明】一種濾波器實訓教學模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於信號與系統實訓教學【技術領域】，具體是涉及一種濾波器實訓教學模塊。
【背景技術】
[0002]濾波器是對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路，濾波器的設計是信號與系統課程的主要教學內容。頻率補償器是一種特殊的濾波器，根據系統的衰減曲線視不同的頻率成分給出不同的放大倍數來拓展通頻帶。
[0003]現有技術中實訓教學課程中的濾波器，大多濾波器都是限制帶寬，而拓展信號帶寬的實驗較少；另外，實訓教學項目主要集中在不同的濾波函數對比上，如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器和橢圓濾波器等，實驗大多單純採用純模擬電路，對模擬濾波器進行實驗，而很少對數字濾波器進行試驗；還有些實訓教學項目又是單獨對數字濾波器進行實驗，現有技術中沒有同時集成了模擬濾波器與數字濾波器的濾波器實訓教學模擬，使得學生缺乏對模擬濾波器和數字濾波器濾波效果的對比學習。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種濾波器實訓教學模塊，其結構簡單，實現成本低，操作學習方便快捷，用於實訓教學便於學生全面掌握信號與系統的知識，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:包括用於外接信號源的信源產生模塊以及與信源產生模塊相接的數字濾波器模塊和模擬濾波器模塊，所述信源產生模塊由依次相接的信號源接口電路和有源低通濾波電路組成；所述數字濾波器模塊由依次相接的第一輸入緩衝電路、模數轉換器、DSP數位訊號處理器、數模轉換器、第一輸出緩衝電路和第一輸出信號接口電路組成，所述模擬濾波器模塊由依次相接的第二輸入緩衝電路、模擬頻率補償電路、第二輸出緩衝電路和第二輸出信號接口電路組成。
[0006]上述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述有源低通濾波電路由運算放大器U1、電容Cl、電阻Rl和電阻R2組成，所述電阻Rl的一端為有源低通濾波電路的輸入端inputl，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容Cl的一端均與運算放大器Ul的反向輸入端相接，所述運算放大器Ul的正向輸入端接地，所述運算放大器Ul的輸出端為有源低通濾波電路的輸出端outputl且與電阻R2的另一端和電容Cl的另一端相接。
[0007]上述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述模擬頻率補償電路由運算放大器U2、電容C2、電阻R3和電阻R4組成，所述電容C2的一端與電阻R3的一端相接且為模擬頻率補償電路的輸入端input2，所述電容C2的另一端、電阻R3的另一端和電阻R4的一端均與運算放大器U2的反向輸入端相接，所述運算放大器U2的正向輸入端接地，所述運算放大器U2的輸出端為模擬頻率補償電路的輸出端0utput2且與電阻R4的另一端相接。[0008]上述的一種濾波器實訓教學模塊,其特徵在於:所述第一輸入緩衝電路和第二輸入緩衝電路均為電壓跟隨器電路。
[0009]上述的一種濾波器實訓教學模塊,其特徵在於:所述第一輸出緩衝電路和第二輸出緩衝電路均為功率放大器電路。
[0010]上述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述DSP數位訊號處理器為晶片TMS320C5416。
[0011]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0012]1、本實用新型的電路結構簡單，加工製作方便。
[0013]2、本實用新型的實現成本低，進行實訓教學時能夠給參加實訓的學生每人發一套，便於學生進行學習操作，且操作學習方便快捷。
[0014]3、本實用新型的信源產生模塊中設置有有源低通濾波電路，模擬濾波器模塊中設置有模擬頻率補償電路，模擬頻率補償電路能夠用來拓展通頻帶，學生通過對有源低通濾波電路和模擬頻率補償電路的調試，便於全面掌握信號與系統的知識。
[0015]4、本實用新型同時集成了模擬濾波器模塊與數字濾波器模塊，進行實訓教學時，學生能夠對模擬濾波器和數字濾波器的濾波效果進行對比學習，通過對比便於直觀理解兩種濾波器的優劣。
[0016]5、本實用新型的實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
[0017]綜上所述，本實用新型結構簡單，實現成本低，操作學習方便快捷，用於實訓教學便於學生全面掌握信號與系統的知識，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0020]圖2為本實用新型有源低通濾波電路的電路原理圖。
[0021]圖3為本實用新型模擬頻率補償電路的電路原理圖。
[0022]附圖標記說明:
[0023]I一信源產生模塊；1-1 一信號源接口電路；
[0024]1-2—有源低通濾波電路；2—數字濾波器模塊；
[0025]2-1—第一輸入緩衝電路；2-2—模數轉換器；
[0026]2-3—DSP數位訊號處理器；2-4—數模轉換器；
[0027]2-5—第一輸出緩衝電路；2-6—第一輸出信號接口電路；
[0028]3—模擬濾波器模塊；3-1—第二輸入緩衝電路；
[0029]3-2—模擬頻率補償電路；3-3—第二輸出緩衝電路；
[0030]3-4一第二輸出信號接口電路；4一彳目號源。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，本實用新型包括用於外接信號源4的信源產生模塊I以及與信源產生模塊I相接的數字濾波器模塊2和模擬濾波器模塊3，所述信源產生模塊I由依次相接的信號源接口電路1-1和有源低通濾波電路1-2組成；所述數字濾波器模塊2由依次相接的第一輸入緩衝電路2-1、模數轉換器2-2、DSP數位訊號處理器2-3、數模轉換器2_4、第一輸出緩衝電路2-5和第一輸出信號接口電路2-6組成，所述模擬濾波器模塊3由依次相接的第二輸入緩衝電路3-1、模擬頻率補償電路3-2、第二輸出緩衝電路3-3和第二輸出信號接口電路3-4組成。
[0032]如圖2所示，本實施例中，所述有源低通濾波電路1-2由運算放大器Ul、電容Cl、電阻Rl和電阻R2組成，所述電阻Rl的一端為有源低通濾波電路1-2的輸入端inputl，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容Cl的一端均與運算放大器Ul的反向輸入端相接，所述運算放大器Ul的正向輸入端接地，所述運算放大器Ul的輸出端為有源低通濾波電路1-2的輸出端outputl且與電阻R2的另一端和電容Cl的另一端相接。所述有源低通濾波電路1-2為一階有源低通濾波電路，截止頻率為15.9KHz。
[0033]如圖3所示，本實施例中，所述模擬頻率補償電路3-2由運算放大器U2、電容C2、電阻R3和電阻R4組成，所述電容C2的一端與電阻R3的一端相接且為模擬頻率補償電路3-2的輸入端input2，所述電容C2的另一端、電阻R3的另一端和電阻R4的一端均與運算放大器U2的反向輸入端相接，所述運算放大器U2的正向輸入端接地，所述運算放大器U2的輸出端為模擬頻率補償電路3-2的輸出端output2且與電阻R4的另一端相接。
[0034]本實施例中，所述第一輸入緩衝電路2-1和第二輸入緩衝電路3-1均為電壓跟隨器電路。所述第一輸出緩衝電路2-5和第二輸出緩衝電路3-3均為功率放大器電路。所述DSP數位訊號處理器2-3為晶片TMS320C5416。
[0035]具體實施時，模數轉換器2-2的解析度對應的轉換位數不低於16位，且能夠轉換負電壓。
[0036]採用本實用新型進行實訓教學時，將多個該濾波器實訓教學模塊分發給多個學生，學生操作時，首先，將信號源4接在信號源接口電路1-1上，並將信號源4的模式設置為掃頻模式，掃頻範圍為IKHz到IOOKHz，信號電壓峰峰值為IV，信號源4連續掃頻輸出，信號經有源低通濾波電路1-2濾波後，大於15.9KHz的高頻部分得到衰減；一方面，本實用新型的模擬濾波器模塊3為學生提供了學習模擬濾波器的功能，經過有源低通濾波電路1-2濾波後的信號通過第二輸入緩衝電路3-1進入模擬頻率補償電路3-2，第二輸入緩衝電路3-1在模擬濾波器模塊3中起隔離的作用，模擬頻率補償電路3-2將頻率大於15.9KHz的信號進行均衡放大，頻率小於15.9KHz的信號不受影響，然後經由第二輸出緩衝電路3-3後，通過第二輸出信號接口電路3-4輸出模擬濾波後的信號；另一方面，本實用新型的數字濾波器模塊2為學生提供了學習數字濾波器的硬體平臺，第一輸入緩衝電路2-1在數字濾波器模塊2中起隔離的作用，模數轉換器2-2用於將模擬信號通過採樣編碼的方式轉換成數位訊號，數模轉換器2-4用於將離散的數位訊號轉換成時間上連續變化的模擬信號，第一輸出緩衝電路2-5用於實現信號和輸出之間的隔離；另外，學生可以將第一輸出信號接口電路2-6和第二輸出信號接口電路3-4分別連接至雙蹤示波器的兩路通道，測量對比數字濾波器模塊2和模擬濾波器模塊3輸出信號的信噪比、延時、通頻帶信號平坦度等指標，對比數字濾波器模塊2和模擬濾波器模塊3達到的濾波結果。
[0037]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:包括用於外接信號源(4)的信源產生模塊(I)以及與信源產生模塊(I)相接的數字濾波器模塊(2)和模擬濾波器模塊(3)，所述信源產生模塊(I)由依次相接的信號源接口電路(1-1)和有源低通濾波電路(1-2)組成；所述數字濾波器模塊(2)由依次相接的第一輸入緩衝電路(2-1)、模數轉換器(2-2)、DSP數位訊號處理器(2-3 )、數模轉換器(2-4 )、第一輸出緩衝電路(2-5 )和第一輸出信號接口電路(2-6 )組成，所述模擬濾波器模塊(3)由依次相接的第二輸入緩衝電路(3-1)、模擬頻率補償電路(3-2)、第二輸出緩衝電路(3-3)和第二輸出信號接口電路(3-4)組成。
2.按照權利要求1所述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述有源低通濾波電路(1-2)由運算放大器U1、電容Cl、電阻Rl和電阻R2組成，所述電阻Rl的一端為有源低通濾波電路(1-2)的輸入端inputl，所述電阻Rl的另一端、電阻R2的一端和電容Cl的一端均與運算放大器Ul的反向輸入端相接，所述運算放大器Ul的正向輸入端接地，所述運算放大器Ul的輸出端為有源低通濾波電路(1-2)的輸出端outputl且與電阻R2的另一端和電容Cl的另一端相接。
3.按照權利要求1所述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述模擬頻率補償電路(3-2)由運算放大器U2、電容C2、電阻R3和電阻R4組成，所述電容C2的一端與電阻R3的一端相接且為模擬頻率補償電路(3-2)的輸入端input2，所述電容C2的另一端、電阻R3的另一端和電阻R4的一端均與運算放大器U2的反向輸入端相接，所述運算放大器U2的正向輸入端接地，所述運算放大器U2的輸出端為模擬頻率補償電路(3-2)的輸出端0utput2且與電阻R4的另一端相接。
4.按照權利要求1所述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述第一輸入緩衝電路(2-1)和第二輸入緩衝電路(3-1)均為電壓跟隨器電路。
5.按照權利要求1所述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述第一輸出緩衝電路(2-5)和第二輸出緩衝電路(3-3)均為功率放大器電路。
6.按照權利要求1所述的一種濾波器實訓教學模塊，其特徵在於:所述DSP數位訊號處理器(2-3)為晶片TMS320C5416。
【文檔編號】H03H17/02GK203747765SQ201420144169
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】景寧波, 尚長春, 柴鈺, 安靜宇, 張奇 申請人:西安科技大學