基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器課設(shè)

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書目錄 第一章 摘要2 第二章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器設(shè)計(jì)過程2 2.1 設(shè)計(jì)意義 2 2.2 理論分析與設(shè)計(jì) 3 2.2.1 總體分析 3 2.2.2 具體分析與設(shè)計(jì) 4 2.3 參數(shù)計(jì)算 6 2.4 整體電路 8 第三章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器性能測(cè)試8 3.1 multisim 仿真原理圖 83.2 multisim 仿真結(jié)果 9 3.2.1 仿真波形圖9 3.2.2 仿真數(shù)據(jù)記錄及簡(jiǎn)要分析12 第四章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器設(shè)計(jì)結(jié)論12 第五章 心得體會(huì)13 參考文獻(xiàn) 14 第一章 摘要本說(shuō)明書介紹了一種基于運(yùn)算放大器的工

2、頻信號(hào)陷波器的設(shè)計(jì)與仿真過程。簡(jiǎn)要地介紹了工頻信號(hào)陷波器的設(shè)計(jì)意義和設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)采用從整體到部分的方法，先畫出總體框圖，再對(duì)每一個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。然后，該說(shuō)明書詳細(xì)地介紹了該陷波器的參數(shù)計(jì)算和電路組成，通過multisim的仿真與測(cè)試，記錄和分析了該陷波器的工作特性與陷波性能，論證了該陷波器的可行性。 關(guān)鍵字：運(yùn)算放大器；陷波器；工頻信號(hào)；仿真第二章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器設(shè)計(jì)過程2.1 設(shè)計(jì)意義陷波器也叫帶阻濾波器，能保證在其他頻率信號(hào)不損失的情況下，有效地抑制輸入信號(hào)中某一頻率的干擾。由于我國(guó)采用的是50HZ的交流電，所以在平時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集處理和分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)存在

3、50HZ工頻干擾，對(duì)于信號(hào)的處理造成很大的干擾。于是，很有必要設(shè)計(jì)50HZ的陷波器。此外，工頻陷波器不僅在通信領(lǐng)域里被大量應(yīng)用，還在自動(dòng)控制、雷達(dá)、聲納、人造衛(wèi)星、儀器儀表測(cè)量及計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因此本次課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)現(xiàn)實(shí)中的很多裝置有了進(jìn)一步了解。2.2 理論分析與設(shè)計(jì)2.2.1 總體分析 陷波器的實(shí)現(xiàn)方法有很多，高性能的工頻陷波器，它應(yīng)能完全濾除工頻信號(hào)。要獲得這樣高的性能，需要Q值很高的濾波器，而且調(diào)諧必須非常準(zhǔn)確，而雙T帶阻濾波器的Q值接近到150，適合一般低頻窄帶濾波器設(shè)計(jì)。因此，本次設(shè)計(jì)采用電路比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的雙T型陷波器。基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)雙T陷波器設(shè)

4、計(jì)用以消除疊加在頻率為1kHz以上的測(cè)試信號(hào)中所包含的50Hz工頻信號(hào)，即設(shè)計(jì)中心頻率分別為50Hz。采用子電路的方法，首先設(shè)計(jì)中心頻率50Hz的雙T帶阻濾波器，再以放大單元消除傳遞函數(shù)的h0以達(dá)到獲得原信號(hào)設(shè)計(jì)要求。通過示波器觀察輸入與輸出波形，計(jì)算出衰減，進(jìn)而檢驗(yàn)該工頻陷波器的性能。此雙T帶阻濾波電路分為四個(gè)獨(dú)立的單元： 1. 輸入信號(hào)； 2. 50Hz雙T窄帶陷波器； 3. 放大系數(shù)為K的放大單元； 4. 輸出信號(hào)。 電路整體設(shè)計(jì)框圖如圖2.2.1所示。50H陷波器放大單元輸出信號(hào)輸入信號(hào) 圖2.2.1基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器整體設(shè)計(jì)框圖2.2.2 具體分析與設(shè)計(jì)1.50HZ陷波器

5、分析與設(shè)計(jì)：圖2.2.2a 50HZ陷波器設(shè)計(jì)圖 如上圖，是采用雙T型帶阻電路設(shè)計(jì)的50HZ陷波器。該電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)： ； 令； ； 將上式化成標(biāo)準(zhǔn)形式,則 其中有：令，可得： 所以雙T型帶阻電路的設(shè)計(jì)方程為： 2. 放大單元的分析與設(shè)計(jì)： 為了實(shí)現(xiàn)最后輸出的是單位增益，所以放大單元的放大倍數(shù)，即,所以得出放大單元的設(shè)計(jì)方程為： 其設(shè)計(jì)圖如下：圖2.2.2b 放大單元設(shè)計(jì)圖 2.3 參數(shù)計(jì)算 1.Q的計(jì)算：圖2.3 帶阻濾波器頻率特性 如圖，濾波器的中心頻率和抑制帶寬BW之間的關(guān)系為：為了滿足要求，令帶寬為1HZ，即BW=1HZ，因此Q=50HZ/1HZ=50。2.雙T型陷波器相關(guān)參數(shù)計(jì)算：

6、由雙T型50HZ陷波器的設(shè)計(jì)公式， 進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。 令C=C1=C2=1uF,得R=R1=R2=3.183k，C3=2C=2uF,R3=R/2=1.5915k。 由Q=50，可得R4/R5=0.99，令R5=10k，則R4=9.9k。3.放大單元相關(guān)參數(shù)計(jì)算：由可得H0=1.99由可得，K=1/1.99由放大單元設(shè)計(jì)公式：可得，R7=1.99R6令R6=10k，則R7=19.9k2.4 整體電路圖2.4 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器整體電路圖第三章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器性能測(cè)試 3.1 multisim 仿真原理圖 經(jīng)過第二章的分析與設(shè)計(jì)，采用multisim仿真的原理圖如圖3.1

7、。其中輸入信號(hào)用函數(shù)發(fā)生器代替，可通過改變函數(shù)發(fā)生器的頻率，來(lái)仿真不同頻率通過的不同情況，通過觀察示波器的輸入與輸出波形，來(lái)判斷該陷波器的陷波性能。圖3.1 multisim 仿真原理圖3.2 multisim 仿真結(jié)果3.2.1 仿真波形圖1.函數(shù)發(fā)生器頻率為48HZ時(shí)： 圖3.2.1a 函數(shù)發(fā)生器頻率為48HZ時(shí)波形圖2.函數(shù)發(fā)生器頻率為49HZ時(shí): 圖3.2.1b 函數(shù)發(fā)生器頻率為49HZ時(shí)波形圖3.函數(shù)發(fā)生器頻率為50HZ時(shí): 圖3.2.1c 函數(shù)發(fā)生器頻率為50HZ時(shí)波形圖4.函數(shù)發(fā)生器頻率為51HZ時(shí): 圖3.2.1d 函數(shù)發(fā)生器頻率為51HZ時(shí)波形圖5.函數(shù)發(fā)生器頻率為52HZ時(shí)

8、 圖3.2.1e 函數(shù)發(fā)生器頻率為52HZ時(shí)波形圖3.2.2仿真數(shù)據(jù)記錄及簡(jiǎn)要分析 仿真數(shù)據(jù)記錄如下表：表1 =48Hz、49Hz、50Hz、51Hz、52Hz時(shí)數(shù)據(jù)記錄頻率/Hz輸入幅值/V輸出幅值/V衰減/dB相位差489.9999.854 -0.127 1.1094499.9999.029-0.8861.1765509.9990.003-70.4570.99785110.0008.841-1.0700.8340529.9979.646-0.3100.8786分析：當(dāng)頻率為48Hz或49HZ的信號(hào)通過陷波器時(shí)，由于頻率小于50HZ，因此衰減較少，所以該信號(hào)能通過陷波器。當(dāng)頻率為50Hz的信

9、號(hào)通過陷波器時(shí)，由于該頻率等于中心頻率，所以該信號(hào)衰減較多，不能通過陷波器。當(dāng)頻率為51Hz或52HZ的信號(hào)通過陷波器時(shí)，由于該頻率大于50HZ，因此衰減較少，所以該信號(hào)能通過陷波器。并且容易知道，越接近中心頻率，衰減越多。注：本小節(jié)multisim仿真圖中綠色（顏色較淺）是輸出曲線，紅色（顏色較深）是輸入曲線。 第四章 基于運(yùn)算放大器的工頻信號(hào)陷波器設(shè)計(jì)結(jié)論在Multisim軟件平臺(tái)上對(duì)不同頻率的正弦波信號(hào)進(jìn)行仿真分析可以知道，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率不等于陷波器的中心頻率（50Hz）時(shí)，輸入信號(hào)可以順利通過，輸出幅值略微有些衰減但不存在波形失真問題。但當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為50Hz時(shí)，輸出信號(hào)幅值衰減

10、很大，此時(shí)，可以認(rèn)為，該系列頻率的信號(hào)通過陷波器時(shí)被濾掉了。據(jù)分析，輸入信號(hào)為正弦波信號(hào)時(shí)，該陷波器能夠?yàn)V掉50Hz的工頻信號(hào)而對(duì)其余信號(hào)無(wú)影響。因此，在誤差允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為該陷波器符合設(shè)計(jì)要求。 此次設(shè)計(jì)的陷波器優(yōu)點(diǎn)是：陷波性能良好，帶寬較小，品質(zhì)因數(shù)Q可調(diào)，即濾波性能便于調(diào)整，電路線路簡(jiǎn)單，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。缺點(diǎn)是：對(duì)于元器件的參數(shù)要求高，需要仔細(xì)調(diào)節(jié)。第五章 心得體會(huì) 為期一周的測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼就結(jié)束了，雖然只有短短的幾天，我卻有了很多收獲。 通過這次的課程設(shè)計(jì)，我初步學(xué)會(huì)了如何簡(jiǎn)單的使用Multisim軟件，并且更加深刻全面的了解了工頻信號(hào)陷波器的一般原理和基本的實(shí)現(xiàn)方法，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，把死板的知識(shí)變得更加的生動(dòng)有趣，使我對(duì)學(xué)習(xí)測(cè)控電路這門課程的學(xué)習(xí)興趣濃厚了許多。同時(shí)我也明白了，即使知道了理論知識(shí)，在實(shí)踐應(yīng)有的過程中也會(huì)出現(xiàn)很多問題，我們必須讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，這樣才能真正的掌握一門知識(shí)。這次課設(shè)，讓我學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和努力，這也將為我今后的學(xué)習(xí)和工作奠定一定的基礎(chǔ)。而在課設(shè)中暴露的一些問題，今后一定要改正，不能