放大器和濾波器及有源濾波器電路設(shè)計(jì)

1、電子裝備設(shè)計(jì)班級(jí)：11姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：開(kāi)課時(shí)間: 2014 至 2015 學(xué)年第 1 學(xué)期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 儀用放大器和濾波電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆糯笃骱蜑V波器是智能儀器數(shù)據(jù)采集通道非常重要的環(huán)節(jié)，在某種意義下成為影響儀器性能指標(biāo)的關(guān)鍵電路。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠根據(jù)被測(cè)對(duì)象或傳感器輸出信號(hào)的幅度大小、頻率范圍等特性，結(jié)合所設(shè)計(jì)儀器采集系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，運(yùn)用模擬電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)等課程所學(xué)的有關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)儀用放大器和抗混疊濾波器。二設(shè)計(jì)原理與任務(wù)（1）儀用放大器是一種高性能的放大器，其對(duì)稱性結(jié)構(gòu)可同時(shí)滿足對(duì)放大器的抗共模干擾能力、輸入阻抗、閉環(huán)增益的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性等不同的性能要求。儀

2、用放大器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖下圖所示，它由三個(gè)通用運(yùn)算放大器構(gòu)成，第一級(jí)為兩個(gè)對(duì)稱的同相放大器，第二級(jí)是一個(gè)差動(dòng)放大器。儀用放大器上下對(duì)稱，即圖中R1=R2，R4R6，R5R7?？梢酝瞥鰞x用放大器閉環(huán)增益為：假設(shè)R4=R5，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：由上式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻RG，可以很方便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，RG一般為外接電阻。目前，市場(chǎng)上可供選擇的儀用放大器較多，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)模擬信號(hào)調(diào)理通道的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合儀用放大器的主要性能指標(biāo)確定具體的放大電路。V1V2V3V4V5V6VoIGA1A2A3RGR1R2R4R6R

3、5R7（2）有源或無(wú)源RC濾波電路是常用的電路，本實(shí)驗(yàn)要求在儀用放大器的輸出后，接二階有源RC低通濾波器(壓控電壓源二階濾波器)，要求截止頻率為1kHz，根據(jù)模擬電路理論初步確定R、C的值，并通過(guò)Multisim對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真，確定各個(gè)元件的參數(shù)。若考慮消除50Hz的工頻干擾，如何設(shè)計(jì)濾波器？(幅度特性如圖所示)。（3）選擇合適的運(yùn)算放大器和阻容器件實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路，掌握電路調(diào)試方法和主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試，比較理論計(jì)算和實(shí)際電路達(dá)到指標(biāo)的差異，分析其原因。三. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果二階有源低通濾波Multisim仿真圖仿真結(jié)果濾波器Multisim仿真圖仿真結(jié)果四實(shí)驗(yàn)總結(jié)該實(shí)驗(yàn)主要了解了放大器與濾波

4、器的實(shí)現(xiàn)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)50Hz的濾除。低通濾波器截止頻率1000Hz的實(shí)現(xiàn)，不完美之處在于仍有些許誤差。實(shí)驗(yàn)二 模擬信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)(有源濾波器的設(shè)計(jì))一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉運(yùn)算放大器和電阻電容構(gòu)成的有源波器。2. 掌握有源濾波器的調(diào)試。二實(shí)驗(yàn)原理及參考電路在實(shí)際的電子系統(tǒng)中 輸入信號(hào)往往包含有一些不需要的信號(hào)成份,必須設(shè)法將它衰減到足夠小的程度,或者把有用信號(hào)挑選出來(lái)。為此,可采用濾波器?？紤]到高于二階的濾波器都可以由一階和二階有源濾波器構(gòu)成，下面重點(diǎn)研究二階有源濾波器。1. 二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器電路如圖1所示?？梢宰C明其幅頻響應(yīng)表達(dá)式為   

5、0;              圖1 二階有源低通濾波器                                  

6、60;          圖2 二階有源高通濾波器 式中：上限截止頻率當(dāng)Q=0.707時(shí)，這種濾波器稱為巴特沃斯濾波器。2. 二階有源高通濾波器如果將圖1中的R和C的位置互換，則可得二階高通濾波器電路，如圖2所示。令和 可得其幅頻響應(yīng)表達(dá)式為其下限截止頻率三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 已知截止頻率fH=200Hz，試選擇和計(jì)算圖1所示電路形式的巴特沃斯二階低通濾波器的參數(shù)。運(yùn)算放大器用OP-07。2. 完成圖表。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 按圖1 Multisim仿真，測(cè)試二階低通濾波器的幅頻響應(yīng)。測(cè)試結(jié)果記入表1中。表

7、1 Vi=0.1V(有效值)的正弦信號(hào)信號(hào)頻率f/Hz501002003004004805506007001k5kVo/V0.150.140.07 0.040.20.10.01 0.009 0.0070.0030.000120lg|Vo/Vi|dB 3.73 2.78 -3.07 -9.08 -14.07 -17.01 -19.26 -20.87 -23.48 -29.58. -57.232. 按圖2 Multisim仿真，測(cè)試二階高通濾波器的幅頻響應(yīng)。測(cè)

8、試結(jié)果記入表2中。表2 Vi=0.1V(有效值)的正弦信號(hào)信號(hào)頻率f/Hz501002003004004805506007001k5kVo/V 0.005 0.02 0.07 0.12 0.13 0.14 0.15 0.15 0.15 0.15 0.1520lg|Vo/Vi|dB -25.87 -13.94 -2.98 1.3 2.80 3.27 3.47 3.54 3.67 3.78&

9、#160;3.833. 將圖2中的電容C改為0.033uF，同時(shí)將1的輸出與圖2的輸入端相連，測(cè)試它們串聯(lián)起來(lái)的幅頻響應(yīng)。測(cè)試結(jié)果記入表3中。表3 Vi=0.1V(有效值)的正弦信號(hào)信號(hào)頻率f/Hz501002003004004805506007001k5kVo/V 0.008 0.027 0.051 0.041 0.028 0.021 0.016 0.014 0.010 0.005 0.000220lg|Vo/Vi|dB -22.14 -11.03 -5.84 -7.68 -10.98 -13.63 -15.76 -17.17 -19.74 -25.81 -53.714Multisim仿真圖及仿真結(jié)果二階有源低通濾波器低通濾波器仿真結(jié)果二階高通濾波器仿真圖高通濾波器仿真結(jié)果低通與高通濾波器串聯(lián)形成帶通濾波器不完美的帶通濾波器波形五實(shí)驗(yàn)總結(jié)問(wèn)題一. 高通濾波器的幅頻特征中，為什么在頻率很高時(shí)，其電壓增益會(huì)隨頻率升高而下降？ 答: 當(dāng)頻率很高時(shí)，電感、電容會(huì)產(chǎn)生寄生效應(yīng)。頻率高到一定程度時(shí)，電感會(huì)呈現(xiàn)容性，