二階濾波器的課程設計

1、模擬電路課程設計報告題 目：模擬濾波器的設計專業(yè)年級：2013級通信工程1班組 員：指導老師：2015 年 12 月目錄前言1第一章 課程設計任務及要求11.1設計任務11.2設計要求1第二章 系統(tǒng)組成及工作原理22.1二階壓控電壓源低通濾波器22.2二階無線增益多路反饋高通濾波器3第三章 電路設計、參數(shù)計算33.1二階壓控電壓源低通濾波器設計及參數(shù)計算33.2二階無線增益多路反饋高通濾波器設計及參數(shù)計算43.3二階壓控電壓源帶通濾波器設計及參數(shù)計算6第四章 電路仿真及結果74.1二階壓控電壓源低通濾波電路仿真及結果74.2二階無線增益多路反饋高通濾波電路仿真及結果104.3二階壓控電壓源帶通

2、濾波電路仿真及結果12第五章 電路原理圖及PCB圖145.1二階低通濾波器原理圖及PCB圖145.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖155.3二階帶通濾波器原理圖及PCB圖16第六章 實驗結論17第七章 實驗心得體會與總結18附錄一 元件清單18附錄二 實物圖19前言 當今時代，隨著科學技術的發(fā)展，先進的電子技術在各個近代學科門類和科學技術領域中占有不可或缺的核心地位。同時在國家的事業(yè)中發(fā)揮了重大作用，只有科技才能使一個國家變得真正強大。作為一名大學生不僅僅要努力學習理論知識，還要把理論運用到實踐中去，做到學以致用。濾波器是一種使用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和

3、抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應用廣泛。濾波一般可分為有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。本文根據(jù)實際要求設計三種濾波器，分別是二階低通、高通、帶通有源濾波器，采用Atlium Designer和仿真軟件Multisim13對二階有源濾波電路進行仿真分析、調試，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設計。第一章 課程設計任務及要求1.1設計任務1、學習RC有源濾波器的設計方法；2、由濾波器設計指標計算電路元件參數(shù)；3、設計二階RC有源濾波器；4、掌握有源濾波器的測試方法；5、測量有源濾波器的幅頻特性。1.2設計要求1、設計一

4、個二階壓控電壓源低通濾波器，要求截止頻率fc=2kHz，增益Av=2。2、設計一個二階無限增益多路反饋高通濾波器，要求截止頻率fc=100Hz,增益Av=5。3、設計一個二階壓控電壓源帶通濾波器，要求中心頻率fo=1kHz,增益Av=2,品質因數(shù)Q=10。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1二階壓控電壓源低通濾波器二階有源低通濾波基礎電路： 它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率f>>fc時（fc為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于-90º，兩級RC電路的移相到-180&

5、#186;，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容C引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為： 令 稱為通帶增益 稱為等效品質因數(shù) 稱為特征角頻率 則 注：濾波電路才能穩(wěn)定工作。2.2二階無線增益多路反饋高通濾波器二階有源高通濾波基礎電路： 與壓控電壓源高通濾波電路類似，無限增益多路反饋濾波電路也是通過增加RC環(huán)節(jié)，使得濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率值加大，電路圖如圖所示。在無限增益多路反饋電路中，運算放大器為反向輸

6、入接法，由于放大器的開環(huán)增益為無限大，反向輸入端可以視為虛地，輸出端通過C3、R2的連接，改善f0附近的頻率特性，形成兩條反饋支路，實現(xiàn)的一路反饋的效果，故稱這種電路為無限增益多路反饋電路，其優(yōu)點是電路有倒相作用，使用元件較少，但增益調節(jié)不太方便，對其他性能參數(shù)有一定的影響，其應用范圍比壓控電壓源電路要小。第三章 電路設計、參數(shù)計算、器件選擇 3.1二階壓控低通濾波器設計及參數(shù)計算 圖 3.6.7 實驗電路圖 圖3.6.8 實驗電路的幅頻特性3.2二階無線增益多路反饋高通濾波器設計及參數(shù)計算 圖 3.6.9 實驗電路圖 圖3.6.10 實驗電路的幅頻特性3.3二階壓控電壓源帶通濾波器設計及參數(shù)

7、計算 圖 3.6.12 實驗電路圖 圖3.6.13 實驗電路的幅頻特性 第四章 電路仿真及仿真結果4.1二階壓控電壓源低通濾波電路仿真及結果仿真電路圖如下：輸入Ui為100mV時，f=300Hz時的仿真輸出波形：f=1kHz時的仿真輸出波形：f=2kHz時的仿真輸出波形：f=20kHz時的仿真輸出波形：4.2二階無線增益多路反饋高通濾波電路仿真及結果仿真電路圖如下：輸入Ui為100mV時，f=50Hz時的仿真輸出波形：f=100Hz時的仿真輸出波形：f=1kHz時的仿真輸出波形:4.3二階壓控電壓源帶通濾波電路仿真及結果仿真電路圖如下：輸入Ui為100mV時，f=1.3kHz時的仿真輸出波形：

8、f=1.41kHz時的仿真輸出波形：f=1.52kHz時的仿真輸出波形：第五章 電路原理圖及PCB圖5.1二階低通濾波器原理圖及PCB圖5.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖5.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖第6章 實驗結論二階低通濾波器：頻率f/Hz輸入Ui/mV輸出Uo/mV5001002501k1002482k1002223k100180理論上,當輸入電壓為100mV時,f<2kHz=時，輸出為輸入的2倍即200mV，f=2kHz時,輸出約為輸入的1.4倍即141mV，f>2kHz時輸出減小逐漸趨于0。但實際上，經(jīng)過我們不斷地調試，使波形最好，在誤差允許的范圍內，最終根據(jù)上表

9、格中的數(shù)據(jù)，算得增益大約為2.5，截止頻率為3k左右。誤差可能的原因是元件的標稱值和理論值存在的誤差，以及儀器本身存在的誤差。二階高通濾波器：頻率f/Hz輸入Ui/mV輸出Uo/mV40100182421001961001003051k100288理論上,當輸入電壓為100mV時,f>100Hz=時，輸出為輸入的5倍即500mV，f=100Hz時,輸出約為輸入的1.4倍即353mV，f<100Hz時,輸出減小逐漸趨于0。但實際上，測得增益約為3.05，截止頻率為42Hz左右，基本符合高通濾波器特性。在測量過程中，我們發(fā)現(xiàn)隨著頻率的升高，信號發(fā)生器的輸出幅度在下降，出現(xiàn)濾波器的輸入信

10、號與輸出信號同時下降的現(xiàn)象。產生的原因可能是，由于信號源的輸出幅度下降引起的。我們還發(fā)現(xiàn)，測高頻端電壓增益時出現(xiàn)增益也下降的現(xiàn)象，經(jīng)過查資料知，這主要是集成運放的高頻響應或者截止頻率受到限制所引起的。第7章 實驗心得體會與總結心得體會：通過這次設計三種濾波器，我學到很多。首先，運用公式及專業(yè)知識，對要求設計的參數(shù)進行計算；其次，靈活地運用仿真軟件Multisim13，對計算出來的數(shù)據(jù)進行仿真，數(shù)據(jù)基本符合要求；然后，用Atlium Designer對實驗電路做出PCB板，測量電阻，焊接；最后，連接信號源及示波器進行調試。通過對數(shù)據(jù)的處理計算后，實驗數(shù)據(jù)是基本符合要求的。這次課程設計加強了我對自

11、己專業(yè)的認識，就比如說，設計出來的電路在理論上是可行的，但是實際做出來的板子開始會沒有波形出現(xiàn)，這時我們就根據(jù)濾波器的原理，不斷地調試電阻，電容，使測得的數(shù)值，在誤差允許的范圍內，基本符合理論結果。在仿真過程中，對Multisim13軟件，本身存在的誤差表示不解，設置信號源輸出的幅度是100mV,而再連接示波器之后，卻顯示140mV，之后詢問同學，說仿真軟件本身也存在誤差。在電路調試的過程中，我們還遇到了很多問題，為了調試方便，我們采用的都是電位器，焊接時，器件的虛焊導致線路斷路，通過用萬用表的短接功能對電路進行測試等等。所以在這次理論與實踐相結合的設計中，我收獲頗多。總結： 通過本次課程設計，我認識到只有認真仔細地去琢磨每一個知識點，才能對所學的知識有更