二階有源帶阻濾波器課程設(shè)計(jì)報(bào)告要點(diǎn)

淮南師范學(xué)院 電子工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè) 2013級(jí)課程設(shè)計(jì)論文 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 二階有源帶阻濾波器 學(xué)生姓名： 劉笑 學(xué)生學(xué)號(hào)： 年 級(jí)： 2013級(jí) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： （1）班 指導(dǎo)教師： 沈曉波 電子工程學(xué)院制2015年5月10目錄引言1一、課程設(shè)計(jì)目的：11.1 迎合現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的需要11.2 培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力1二、設(shè)計(jì)方案及基本知識(shí)：22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.2 技術(shù)指標(biāo)22.3 電路工作原理22.4 方案選擇32.5 電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇32.5.1 基本低通、高通濾波電路3圖232.5.2 高通濾波器：32.6 參數(shù)計(jì)算42.7 元器件選擇42.8 主要儀器名稱及型號(hào)4三、課程設(shè)計(jì)原理：53.1 濾波器基本介紹：53.2 數(shù)字濾波器的原理：53.3 設(shè)計(jì)原理：5四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與仿真：74.1 實(shí)驗(yàn)步驟：74.2 模擬電路圖：8五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì)：95.1 課程設(shè)計(jì)總結(jié)：95.2 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)：10參考文獻(xiàn)10二階有源帶阻濾波器學(xué)生：劉笑指導(dǎo)教師：沈曉波電子工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè)引言 有源帶阻濾波器是采用通用運(yùn)放OP07CD及其外圍電阻電容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，通過電容電阻的諧振作用來實(shí)現(xiàn)帶阻作用，通過運(yùn)放OP07CD實(shí)現(xiàn)放大信號(hào)的作用。通過改變電阻電容值可調(diào)節(jié)阻帶中心頻率和帶寬。在使用Multimism仿真時(shí)結(jié)果較理想，在實(shí)際電路中由于電阻、電容本身數(shù)值的誤差以及接觸不良問題，實(shí)際結(jié)果誤差較大，但符合實(shí)驗(yàn)要求。一、課程設(shè)計(jì)目的：1.1 迎合現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的需要隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,通用數(shù)字信號(hào)處理芯片的性能不斷提高,數(shù)字信號(hào)處理得到越來越廣泛的應(yīng)用,而數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)重要應(yīng)用方面,在通信系統(tǒng)、數(shù)字儀器儀表、語音、圖像處理等方面都是必不可少的部分,所以數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本次實(shí)驗(yàn)在軟硬件常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用“信號(hào)與系統(tǒng)”的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試基本電路系統(tǒng)，初步掌握綜合運(yùn)用理論知識(shí)、軟件仿真以及硬件測(cè)試進(jìn)行簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析的基本方法。為學(xué)生創(chuàng)造應(yīng)用實(shí)踐的契機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和鉆研能力。1.2 培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬電子技術(shù)已經(jīng)成為一門應(yīng)用范圍極廣，具有較強(qiáng)實(shí)踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課程。電子電路分析與設(shè)計(jì)的方法也發(fā)生了重大的變革，為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，更好的將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，以適應(yīng)電子技術(shù)飛速的發(fā)展形勢(shì)，我們必須通過對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的理解，從而進(jìn)一步提高我們的實(shí)際 動(dòng)手能力。 濾波器在日常生活中非常重要，運(yùn)用非常廣泛，在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的濾波器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種濾波器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的濾波器與其他濾波器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。濾波器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。現(xiàn)在我們通過對(duì)濾波器器的原理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器。我們通過對(duì)電路的分析，參數(shù)的確定選擇出一種最合適本課題的方案。在達(dá)到課題要求的前提下保證最經(jīng)濟(jì)、最方便、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略。二、設(shè)計(jì)方案及基本知識(shí)：2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 采用通用運(yùn)放OP07CD設(shè)計(jì)一個(gè)二階有源帶阻濾波器電路。2.2 技術(shù)指標(biāo)通帶電壓增益：.輸入信號(hào)頻率范圍：中心頻率：阻帶寬度：.輸入信號(hào)電壓：電源電壓：范圍內(nèi)可任選2.3 電路工作原理帶阻濾波器即不允許某一頻率帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而允許其余頻率的信號(hào)通過的濾波器。將低通濾波器和高通濾波器并聯(lián)起來，再加上一個(gè)求和電路，并使低通濾波器的截止頻率H低于高通濾波器的截止頻率L，即可構(gòu)成帶阻濾波器。H和L之間的頻帶即為帶阻濾波器的阻帶。原理圖如下圖所示：圖12.4 方案選擇外圍電路由電阻電容網(wǎng)絡(luò)組成，由電阻電容的諧振實(shí)現(xiàn)帶阻作用。通過LM324芯片中的放大器實(shí)現(xiàn)增益作用。通過選擇恰當(dāng)?shù)碾娮桦娙葜?，調(diào)整中心頻率和帶寬，便可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的要求。2.5 電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇2.5.1 基本低通、高通濾波電路低通濾波器：圖2 截止頻率：f=1/2*R*C圖22.5.2 高通濾波器：截止頻率：f=1/2*R*C 圖3 將兩個(gè)基本電路并聯(lián)即可得到帶阻濾波電路。 2.6 參數(shù)計(jì)算 中心頻率 fo =1/2*R*C 帶寬 f2 f1 = 2 (2Kf) 增益 Kf = 1+RF/Rf Q點(diǎn) Q = 1/2(2 - Kf) R1=R2=2R3=R C1=C2=C3/2 R5=RF; R4=Rf 2.7 元器件選擇由于題目中給出的帶寬為0.8KHz，代入公式可求得Kf=1.8 1.6，即確定了RF=1.8Rf RF=0.6Rf ，選擇較大的電阻值可使電路更穩(wěn)定，因此取RF阻值為8K。由中心頻率為2KHz，代入公式可得R與C的取值關(guān)系。由電路常識(shí)知道電容較小時(shí)電路運(yùn)行能更穩(wěn)定，所以選取較小的電容，取C=1nF，代入C的值可得R的取值約為39K，取R1和R2為78K。實(shí)際連接時(shí)發(fā)現(xiàn)不能精確實(shí)現(xiàn)78K，考慮到實(shí)際連接電路時(shí)的方便，為減少元件個(gè)數(shù)，使用51K、20K、5.1K電阻各一個(gè)串聯(lián)成76.1K的電阻，近似實(shí)現(xiàn)78K的電阻，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)對(duì)結(jié)果影響不大，中心頻率有稍許偏差，但符合指標(biāo)。由此得到元件參數(shù)，并結(jié)合實(shí)際選擇元件：1nF電容兩個(gè)，2.2nF電容一個(gè)，78K電阻兩個(gè)，39K電阻一個(gè)，8K電阻一個(gè)，另外再加上LM324N芯片一塊，導(dǎo)線若干，面包板一塊。2.8 主要儀器名稱及型號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：AS1634數(shù)字存儲(chǔ)示波器：TDS-2002交流毫伏表：AS2173直流穩(wěn)壓電源：DF1731萬用表、面包板、導(dǎo)線三、課程設(shè)計(jì)原理：3.1 濾波器基本介紹：濾波是最常用的一種信號(hào)處理技術(shù)，是抑制干擾的一種有效途徑，一般用來衰減信號(hào)頻譜中需要消除的部分，增強(qiáng)有用的部分。簡(jiǎn)單的說就是，一個(gè)原始信號(hào)通過某一裝置后變?yōu)橐粋€(gè)新信號(hào)的過程稱為濾波。原始信號(hào)稱為輸入，新信號(hào)稱為輸出，該裝置便稱為濾波器。3.2 數(shù)字濾波器的原理：數(shù)字濾波器是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，把輸入序列通過一定的運(yùn)算變換成輸出序列。數(shù)字濾波的核心思想是突出有效波，抑制干擾波。根據(jù)有效波和干擾波的頻譜特性差異進(jìn)行濾波。一般是一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng),可以用下圖所示的框圖表示圖43.3 設(shè)計(jì)原理：帶阻濾波器是讓某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)分量通過，而對(duì)該頻率范圍外的信號(hào)分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。帶阻濾波器理想幅頻特性曲線如下圖：圖5本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有源帶阻濾波器的設(shè)計(jì)與分析，原理圖如下：圖6由教材中可知有源帶通濾波器的傳遞函數(shù)為：G(s)=， =1為帶阻濾波電路的通帶電壓增益；Q=0.5則濾波器的增益為：|A()|=1.0 （3-1）增益減小3dB時(shí)得=1上式變?yōu)椋簗A()|=3.0 （3-2）特征角頻率：=hz （3-3）截止頻率為：則可根據(jù)上式仿真在時(shí)域中的沖擊響應(yīng)、階躍響應(yīng)，以及不同激勵(lì)信號(hào)下的零狀態(tài)響應(yīng)。四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與仿真：4.1 實(shí)驗(yàn)步驟：1、選好元件后，按圖連接電路，尤其注意正負(fù)電源的連接，以免燒壞芯片。由于找不到8K的電阻，所以采用5.1K和2K、1K串聯(lián)近似實(shí)現(xiàn)8K的電阻。2.2nF電容也由兩個(gè)1nF電容和兩個(gè)0.1nF電容并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。2、將信號(hào)發(fā)生器連接電路的輸入端，使示波器的兩個(gè)輸入端分別連接電路的輸入端和輸出端。3、調(diào)整信號(hào)發(fā)生器，使輸出峰峰值為80mV、頻率為5KHz的正弦電壓。4、觀察示波器，看電路輸出端是否為正弦信號(hào)，若不是，說明電路連接錯(cuò)誤，檢查電路至電路輸出穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。5、改變輸入信號(hào)頻率，觀察示波器的輸出信號(hào)的變化特征，如果在2KHz附近有明顯衰減，說明電路功能實(shí)現(xiàn)正確，若不是，則繼續(xù)尋找錯(cuò)誤，修正電路，直至滿足要求。6、將交流毫伏表連接到電路的輸出端，測(cè)量輸出信號(hào)的電壓有效值，改變輸入信號(hào)頻率為15KHz，觀察并記錄輸出信號(hào)的有效值，最后由所記錄數(shù)據(jù)得出電路的中心頻率及其帶寬。由數(shù)據(jù)得知，在實(shí)際電路中，由于電阻和電容的誤差以及面包板的接觸不穩(wěn)定，中心頻率略微偏移，達(dá)到了2.05KHz左右。帶寬略大于要求帶寬。1.6KHz和2.4KHz處增益衰減均大于3dB，兩項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。4.2 模擬電路圖：圖74.3 仿真電路圖：圖8圖9五、課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì)：5.1 課程設(shè)計(jì)總結(jié)：本次綜合性設(shè)計(jì)性試驗(yàn)當(dāng)中，將模電與信號(hào)與系統(tǒng)的內(nèi)容結(jié)合起來，自己設(shè)計(jì)了一個(gè)有源帶阻濾波器，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了自身里理論方面的不足，同時(shí)在實(shí)際試驗(yàn)的過程中，認(rèn)識(shí)到了嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)的重要性，雖然本次實(shí)驗(yàn)中遇到較多困難，但卻增長(zhǎng)了知識(shí)，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。在課成設(shè)計(jì)的初期，首先對(duì)本次課設(shè)的題目進(jìn)行仔細(xì)分析和閱讀，弄懂設(shè)計(jì)任務(wù)及要求。接下來開始查找有關(guān)帶通濾波器的資料，對(duì)帶通濾波器的概念進(jìn)行系統(tǒng)的了解，對(duì)其工作原理進(jìn)行理論分析，對(duì)幾種有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析、比較，最終選擇出一種比較合理的方案，根據(jù)該方案的電路圖選擇元器件的參數(shù)，用仿真軟件Multisim進(jìn)行仿真，經(jīng)過仿真軟件驗(yàn)證后，最后進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程中出現(xiàn)了一些。 從本次模擬帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)出的模擬帶通濾波器的性能進(jìn) 行分析，并理解了模擬濾波器的存在缺點(diǎn)，由于模擬濾波器的中心頻率對(duì)電路元件(如電容，電阻)的參數(shù)十分敏感，較難設(shè)計(jì)出合適的參數(shù)，而且電路元件的參數(shù)會(huì)隨外界環(huán)境的干擾發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致中心頻率的偏移，影響濾波結(jié)果的準(zhǔn)確性。 在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了很多知識(shí)，動(dòng)手能力得到了一定的提高，并掌握了帶通濾波器的設(shè)計(jì)流程。在將來的電子電路學(xué)習(xí)課程中，我將更加努力提高自己查找學(xué)習(xí)資料、分析問題及解決問題的能力，爭(zhēng)取今后得到更好的提高。5.2 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)：1、在實(shí)際電路中得到的波形有一些相位失真，這很可能是因?yàn)楦髟g接觸不好，芯片功能不夠穩(wěn)定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，說明這個(gè)有源帶阻濾波器的設(shè)計(jì)方案還有需要改進(jìn)的地方，外圍電路中的電阻電容值還不夠好。2、我從此次實(shí)驗(yàn)中收獲了很多，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。經(jīng)過實(shí)際的動(dòng)手，才發(fā)現(xiàn)原來還有很多不懂的地方，通過實(shí)驗(yàn)，鍛煉了動(dòng)手能力，也加深了對(duì)書中知識(shí)的理解，認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)際之間的差距，體會(huì)到了實(shí)際動(dòng)手的重要性。參考文獻(xiàn)1、華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組編. 康光華主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）. 第5版. 高等教育出版社. 北京. 2006 . 23-42頁2、傅豐林、陳建主編. 低頻電子線路. 第2版. 高等教育出版社. 北京. 2003 . 69-78頁3、謝自美. 電子線路設(shè)計(jì). 華中科技大學(xué)出版社. 上海. 2000 . 85-98頁4、