模電二階高通濾波器設(shè)計(jì)

1、課 程名稱 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 二階高通濾波器的設(shè)計(jì)專業(yè)名稱 自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師年 月 日電氣學(xué)院鵬電課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)名稱：二階高通濾波器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：自 年一月日起 至 年 月 日止一、課程設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一種基于模擬電子技術(shù)的容許高頻信號(hào)通過(guò)、但減弱（或減少）頻率低于截止頻率信號(hào)通過(guò)的濾波器。二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求 設(shè)計(jì)任務(wù)：1 .分別用壓控電源和無(wú)限增益多路反饋二種方法設(shè)計(jì)電路；2 .截止頻率Fc=200Hz;3 .增益AV=24 .用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源（士12V）O 基本要求：1 .能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的

2、基本功能；2 .至少設(shè)計(jì)兩種方法設(shè)計(jì)電路；3 .要求依據(jù)二階高通濾波器，運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)方 案，并撰寫課程設(shè)計(jì)論文要求符合模板的相關(guān)要求， 字?jǐn)?shù)要求3000字以上。電氣學(xué)院 模電 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評(píng)價(jià)表院（部）年級(jí)專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)題 目二階高通濾波器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)老師簽名：年 月 日成績(jī)?cè)u(píng)定指導(dǎo)老師簽名:課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄第一章方案設(shè)計(jì)與論證 21.1 設(shè)計(jì)一：用壓控電壓源設(shè)計(jì)二階高通濾波電路 21.2 設(shè)計(jì)二：用無(wú)限增益多路反饋設(shè)計(jì)高通濾波電路 3第二章單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 32.1 方案一：壓控電壓源二階高通濾波電路 32.2 方案二、用無(wú)限增益多路反饋設(shè)計(jì)

3、高通濾波電路 4第三章總原理圖及元器件清單 43.1 總原理圖 43.2 元件清單 5第四章安裝與調(diào)試 64.1 焊接 64.2 調(diào)試 6第五章性能測(cè)試與分析 95.1 輸出電壓的測(cè)量 95.2 數(shù)據(jù)處理與誤差計(jì)算 105.3 誤差分析 10第六章結(jié)論與心得 11參考文獻(xiàn) 11第一章方案設(shè)計(jì)與論證二階高通濾波器是容許高頻信號(hào)通過(guò)、但減弱（或減少）頻率低于截止頻率信號(hào)通過(guò)的濾波器。高通濾波器有綜合濾波功能，它可以濾掉若干次高次諧波，并可減少濾波回路數(shù)。對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。其在音頻應(yīng)用中也使用低音消除濾波器或者噪聲濾波器。本設(shè)計(jì)為分別使用壓控電壓源和無(wú)限增益多路反饋兩

4、種方法設(shè)計(jì)二階高通濾波器。二者電路都是基于芯片 ua741設(shè)計(jì)而成。將信號(hào)源接入電路板后，調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率，通過(guò)觀察示波器可以看到信號(hào)放大了2倍?，F(xiàn)在工廠對(duì)于諧波的治理 ，應(yīng)用最多的仍然是高壓無(wú)源濾波器，高壓無(wú)源濾波器有多種接線方式，其中單調(diào)諧濾波器及二階高通濾波器使用最為廣泛，無(wú)源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資較少、運(yùn)行可靠性較高、 運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。1.1設(shè)計(jì)一、用壓控電壓源設(shè)計(jì)二階高通濾波電路與LPF有對(duì)偶性，將LPF的電阻和電容互換，就可得一階HPF簡(jiǎn)單二階HPR壓控電壓源二階HPF電路采用壓控電壓源二階高通濾波電路。電路如圖2-1所示，參數(shù)計(jì)算為：通帶增益：Aup 1R4R3

5、Aup表示二階高通濾波器的通帶電壓放大倍數(shù)截止頻率：品質(zhì)因數(shù)：Qf0M3 %Av=1+R2/R1 fc1.2設(shè)計(jì)二、用無(wú)限增益多路反饋設(shè)計(jì)高通濾波電路其中：Sl,通帶增益：AuoC1c3截止頻率：fc,R1R2c3c2品質(zhì)因數(shù)：(C1R1c2 c3)c2c3R2cc3fc2RR2c3C2第二章單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算2.1 方案一：壓控電壓源二階高通濾波電路Av=1+R2/R1=2, fc2RR2c3c2二200令 R1=10k,則 R2=10k又 fc=200hz ,得出：C2=C3=0.47uf另取 R=R4R5=R3R6=210=1.69K2.2 方案二、用無(wú)限增益多路反饋設(shè)計(jì)高通濾波電路

6、AuoC1，C3fc2RR2C3c2設(shè) C1=0.22uf,貝U C2=0.47uf又 f=200hz得出：R1=3K,R2=20.0K，連接電路好即可.至此得出了兩種方案的參數(shù)第三章總原理圖及元器件清單3.1 總原理圖3.2 元件清單直流源元件序號(hào)（名稱）型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注變壓器輸入220M輸出 15V, P=20W1個(gè)1帶插頭D1 D4 （二極管）1N4007各1個(gè)保險(xiǎn)管Ip=0.5A1個(gè)電角單電容G 23300uf/25V2個(gè)電解電容C5、6220uf2個(gè)瓷介電容G、4、7、80、22uf4個(gè)集成塊UA7411個(gè)集成穩(wěn)壓器W7812W7912輸出電壓12V,輸出電流1.5A各1個(gè)發(fā)光二

7、極管2個(gè)瓷介電容G、100、1uf2個(gè)電阻R120K歐姆2個(gè)電阻R21K歐姆2個(gè)可調(diào)電位器Rw20K2個(gè)元件序 號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（單 價(jià)）R10k40.1R2K20.1Ua74111C0.47uf20.3元件序 號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（單 價(jià)）R20k10.1R3K10.1Ua74111C0.22uf20.31C0.47uf10.3第四章安裝與調(diào)試4.1 焊接工具：電烙鐵在已做好的電路板上涂一層助焊劑， 對(duì)照原理圖將元件安裝在電路板上， 檢查元件位置 是否正確。檢查無(wú)誤后，用電烙鐵將每個(gè)元件用焊錫焊牢，保證每個(gè)元件不虛焊。在焊元件時(shí)根據(jù)不同元件耐熱性能盡量減少焊接時(shí)間。焊接完畢后用萬(wàn)用表檢查是否

8、斷路和短路。4.2 調(diào)試工具：萬(wàn)用表、示波器，信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字毫伏表用小螺絲刀調(diào)節(jié)電位器 R3的電阻為15K歐姆，R4的電阻為15K歐姆，接入220伏特的 交流電壓，信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)為f=1KHz,Ui=500.3mv的信號(hào)，在輸出端測(cè)得輸出電壓Uo=201、6mM減小頻率使得f=100 Hz ,則輸出端 Uo =161、2mv,與實(shí)際相差太大，則用螺絲刀微調(diào)節(jié)電位器，此時(shí)使得Uo=141、2mv,在高頻時(shí)輸出電壓為輸入電壓的兩倍，用示波器監(jiān)測(cè)輸出波形沒有失真，故電路正確，調(diào)試完畢，可以進(jìn)行性能測(cè)試。二階高通濾波器在頻率響應(yīng)特性與低通濾波器相似，當(dāng)Q>0.707或Q<0.707

9、時(shí)，通帶邊沿處會(huì)出現(xiàn)不平坦現(xiàn)象。有關(guān)根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q計(jì)算電路電阻參數(shù) R1和R2的方法與二階低通濾波器的計(jì)算相同。為了改進(jìn)一階高通濾波器的頻率特性，可采用二階高通濾波器。一個(gè)二階高通濾波器包含兩個(gè)RC支路，即將二階高通濾波器的R與C對(duì)換位置，即可構(gòu)成二階高通濾波器。如圖5-1所示為二階高通濾波器的幅頻特性曲線，其阻帶衰減特性的斜率為40dB/10oct ,克服了一階高通濾波器阻帶衰減太慢的缺點(diǎn)圖5-1二階高通濾波器的幅頻特性曲線與二階低通濾波器類似，二階高通濾波器的各個(gè)參數(shù)也影響其濾波特性，如：阻尼系數(shù)f的大小決定了幅頻特性有無(wú)峰值，或諧振峰的高低。若要求高通濾波器的阻帶特性下降速率大于40dB

10、/10oct,必須采用高階高通濾波器，同高階低通濾波器一樣，也是最常采 用巴特沃思型和切比雪夫型近似，同樣也是先查表，得到分母多項(xiàng)式，圖5-1階高通濾波器幅頻特性。二階高通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)， 由增益Av=2, Av=1+Rf/R1,所以選R3=15K歐姆的電阻， fc=200Hz,fc=1/2RC ，則選用C=0.01uf的電容，R4為15K歐姆的電阻，R2為4K歐姆的電阻， 由于沒有該種類的電阻，則用兩個(gè) 2K歐姆的電阻替代，集成塊用 KIA741。二階高通濾波器 電路的電路仿真。設(shè)計(jì)一：壓控電壓源二階高通濾波電路設(shè)計(jì)二、用無(wú)限增益多路反饋設(shè)計(jì)高通濾波電路第五章性能測(cè)試與分析5.1 輸出電壓

11、的測(cè)量輸入信號(hào)Ui=500 mv,改變頻率測(cè)輸出電壓，并且在通頻帶時(shí)的頻率要取得密集一些, 記錄到表格二階高通濾波器的數(shù)據(jù)所 f/Hz1000. 3900.5811.6718.9573輸出電壓Uo/mv998982979975691所 f/Hz424264210199.5185輸出電壓Uo/mv930823730706671壓控電壓源二階高通濾波器的數(shù)據(jù)壓控電壓源二階高通濾波器電路的幅頻特性所 f/Hz1000.4876.2754.8626.6461.69輸出電壓Uo/mv847846843837820頻率f/Hz278.34211.85206.88199.8161.6輸出電壓Uo/mv765

12、711706703639無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器數(shù)據(jù)5.2 數(shù)據(jù)處理與誤差計(jì)算<1>壓控電壓源在頻率為高頻時(shí)，U= ( 1000.3+1000.4+1000.5 ) /3=1000.4 mv輸入電壓Ui=500mv,貝U Av=U/Ui=1000.4/500=2、01相對(duì)誤差：s= (2、01-2) /2*100%=0、5%當(dāng) fp=200Hz 時(shí)，Uo理論=U*0、707=1000*0、707=707mv實(shí)驗(yàn)測(cè)得Uo=706mv則相對(duì)誤差為 S= (706-707 ) /706*100%=1.4%<2>無(wú)限增益多路反饋在頻率為高頻時(shí)，U=(1000.3+1000

13、.4+1000.5 ) /3=1000.4 mv輸入電壓Ui=500mv,貝U Av=U/Ui=1000.4/500=2、01相對(duì)誤差：s= （2、01-2） /2*100%=0、5%當(dāng) fp=200Hz 時(shí)，Uo理論=U*0、707=1000*0、707=707mv實(shí)驗(yàn)測(cè)得Uo=703mv則相對(duì)誤差為 S= （703-707 ） /703*100%=6%5.3誤差分析產(chǎn)生該實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因有1、輸入信號(hào)不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。2、由橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路提供所需的正負(fù)直流電不是很準(zhǔn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)的正負(fù)12伏特，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。3、在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)引入誤差。4、在計(jì)算過(guò)程中會(huì)引入計(jì)算誤差。第六章結(jié)論與心得1 、由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)頻率 f為通帶截止頻率fp時(shí)，輸出電壓 Uo約為最大輸出電壓的 0、707 倍，即 | Au | 弋 0.707 | AuP|。2、由實(shí)驗(yàn)可知，高通濾波器削弱低頻信號(hào)，只放大頻率高于fp的信號(hào)，我們可把高通濾波器用于交流放大電路的耦合電路，隔離直流成分。3、實(shí)驗(yàn)中，監(jiān)測(cè)的波形沒有失真，說(shuō)