信號波形的產(chǎn)生與濾波電路

1、武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院 課程設(shè)計weishen 武漢工程大學(xué)課程設(shè)計說明書課題名稱： 信號波形的產(chǎn)生與濾波電路 專業(yè)班級： 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 學(xué)生成績： 指導(dǎo)教師： 課題工作時間： 至 武漢工程大學(xué)教務(wù)處 一、課程設(shè)計的任務(wù)或?qū)W年論文的基本要求1、 了解雙聲道BTL功放電路的設(shè)計/信號波形的產(chǎn)生與濾波電路基本工作原理2、 完成數(shù)雙聲道BTL功放電路的設(shè)計/信號波形的產(chǎn)生與濾波電路設(shè)計并分析計算單元電路，對元器件進行選型。3、 繪制雙聲道BTL功放電路的設(shè)計/信號波形的產(chǎn)生與濾波電路電路圖4、 組裝、調(diào)試雙聲道BTL功放電路的設(shè)計/信號波形的產(chǎn)生與濾波電路5、 進行實物檢查、設(shè)計答辯并完

2、成設(shè)計報告二、進度安排序號設(shè)計內(nèi)容所用時間1布置任務(wù)及調(diào)研1天2方案確定0.5天3制作與調(diào)試1.5天4撰寫設(shè)計報告書1天5答辯1天合 計5天三、參考資料或參考文獻(xiàn)電子技術(shù)基礎(chǔ) 康華光 高教出版社電子線路設(shè)計、實驗與測試 謝自美 華中科技大學(xué)出版社電子技術(shù)實驗 汪學(xué)典 華中科技大學(xué)出版社指導(dǎo)教師簽字： 2012年 5 月 15 日 教研室主任簽字： 2012年 5月 20 日六、指導(dǎo)教師評分評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重得分調(diào)查論證能獨立查閱文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識的能力。10實踐能力獨立設(shè)計、計算、繪圖的能力（課程設(shè)計）；能正確選擇研究

3、（實驗）方法，獨立進行研究的能力（學(xué)年論文） 15分析解決問題能力能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題（課程設(shè)計）；或能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論（學(xué)年論文）。15工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實。10質(zhì)量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理（或設(shè)計過程完整，設(shè)計內(nèi)容完全）；文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文（設(shè)計）結(jié)果有參考價值。40外語和計算機應(yīng)用能力在課程設(shè)計或?qū)W年論文中，能夠體現(xiàn)外語和計算機的應(yīng)用能力。5創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改

4、進或獨特見解。5綜合評語指導(dǎo)教師簽字： 2012 年6月 5日 目 錄摘 要 . IIAbstract . III第一章 緒論 . 11.1 技術(shù)發(fā)展 .11.2 本課題研究內(nèi)容. . x第二章系統(tǒng)方案設(shè)計.x2.1 任務(wù)分析. x2.2 三種方案比較. x2.3 方案選擇. x第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 .x3.1 總體框圖. x3.2 單元電路設(shè)計與參數(shù)選擇. x第四章系統(tǒng)調(diào)試. x4.1 測試儀表 . x4.2 單元電路測試. x4.3 系統(tǒng)總體測試. x4.4 指標(biāo)測試分析與改進方法總 結(jié) .x致 謝 .x參考文獻(xiàn) .x摘 要 濾波器在日常生活中非常重要，運用非常廣泛，在電子工程、通信工程、自

5、動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計算機等技術(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。濾波器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。現(xiàn)在我們通過對濾波器器的原理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計一個能夠低通、高通、帶寬、阻帶等多種形式的濾波器。本設(shè)計利用遲滯電壓比較器方波產(chǎn)生電路，產(chǎn)生10KHz的方波信號,方波信號是一種應(yīng)用極為廣泛的信號，它在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實踐中的使用也非常普遍，將產(chǎn)生的10KHz頻率的可調(diào)方波信號通過帶通濾波器，利用電路的頻率特性實

6、現(xiàn)對信號中頻率成分的選擇，通過有源濾波器產(chǎn)生一個10KHz的正選基波信號，得到峰峰值為6V以上的正弦信號，最后由電壓放大電路將信號進行不失真放大，從而產(chǎn)生所需信號.關(guān)鍵詞：方波信號 遲滯比較器 帶通濾波器 電壓放大 AbstractFilter is very important in their daily lives, the use of a very wide range in electronic engineering, communications engineering, automatic control, telemetry control, measuring instr

7、uments, meters and computer technology, often need to use a variety of filters. With the rapid development of IC, IC can easily pose a variety of filters. Implemented in integrated circuit filters and other filter, the waveform quality, amplitude and frequency stability performance has greatly impro

8、ved. The filter has a very wide range of applications in circuit experiments and equipment testing. Now we are by principle and structure of the filter's design a low pass, high pass, bandwidth, stopband and other forms of filters. This design uses hysteresis voltage comparator square wave gener

9、ating circuit to generate 10KHz square wave signal, square wave signal is the signal of a wide range of applications, it is also very common in science, engineering, education and production practice, will produce the 10KHz frequency, tunable square wave signal through a bandpass filter, the frequen

10、cy characteristics of the circuit realization of the choice of signal frequency components, the active filter is selected to produce a 10KHz fundamental signal, to get the peak value of 6V or more sinusoidal signal by the voltage amplifier, the signal is not distorted amplification, resulting in the

11、 desired signal.Keywords：Square Wave Signal Hysteresis Comparator Band-pass Filter Voltage Amplification - 10 - 第一章 緒論 1.1 設(shè)計課題的背景、目的、意義 1.背景： 經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國濾 波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐但由于缺少專門研制機構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率已基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。 2.設(shè)計目的： （1）掌握遲滯比較器，濾波電路及放大電路的設(shè)計思路

12、和設(shè)計方法. （2）掌握信號發(fā)生器及示波器的基本用法. 3. 意義：增強動手能力，通過實踐對濾波器進行進一步認(rèn)識。 1.2 設(shè)計要求 （1）設(shè)計遲滯比較器方波產(chǎn)生電路，頻率為10KHz可調(diào) （2）設(shè)計一有源濾波器，經(jīng)濾波電路得到的正弦信號幅度峰峰值為6V以上。 1.3 設(shè)計內(nèi)容 1、了解信號波形的產(chǎn)生與濾波電路的基本工作原理 2、完成信號波形的產(chǎn)生與濾波電路的設(shè)計并分析計算單元電路，對元器件進行選型。 3、繪制信號波形的產(chǎn)生與濾波電路的設(shè)計電路圖 4、組裝、調(diào)試信號波形的產(chǎn)生與濾波電路的設(shè)計電路 5、 進行實物檢查、設(shè)計答辯并完成設(shè)計報告 1.4 信號波形的產(chǎn)生與濾波電路的設(shè)計 1.5 設(shè)計器

13、件 第二章 方案論證與比較 1. 方案原理 模擬帶通濾波器一般是用電路元件(如電阻、電容、電感)來構(gòu)成我們所需要的頻率特性電路。 模擬帶通濾波器的原理是通過對電容、電阻和電感參數(shù)的配置，使得模擬濾波器對基波呈現(xiàn)很小 的阻抗，而對諧波呈現(xiàn)很大的阻抗，這樣當(dāng)負(fù)載電流信號通過該模擬帶通濾波器的時候就可以把 基波信號提取出來。目前，有些有源濾波器利用模擬電路實現(xiàn)帶通濾波器檢測負(fù)載電流的基波分量，并且在實際中得到了應(yīng)用。2. 優(yōu)點: 濾波器對基波呈現(xiàn)很小的阻抗, 而對諧波呈現(xiàn)很大的阻抗，這樣當(dāng)負(fù)載電流信號通過該模擬帶通濾波器的時候就可以把基波信號提取出來. 3. 缺點: 由于模擬濾波器的中心頻率對電路元

14、件(如電容，電阻，電感)的參數(shù)十分敏感，較難設(shè)計出合適的參數(shù)，而且電路元件的參數(shù)會隨外界環(huán)境的干擾發(fā)生變化，這會導(dǎo)致中心頻率的偏移，影響濾波結(jié)果的準(zhǔn)確性。 第三章 設(shè)計劃分 3.1 方波產(chǎn)生電路 1 設(shè)計電路圖： 2 設(shè)計原理:該電路實際上就是在遲滯比較器的基礎(chǔ) 上加了一個積分回路，遲滯比較器自身的特點有兩個閾值電壓+FVz和-FVz，再接通電源的瞬間，輸出電壓處于不定狀態(tài)，假設(shè)輸出電壓偏于正向飽和，即Vo=+Vz時，加到電壓比較器同相端得電壓為+FVz，而加于反相端的電壓，由于電容上的電壓不能突變，只能由輸出電+FVz時，輸出電壓迅速翻轉(zhuǎn)到-Vz,-Vz又通過R3對C進行反相充電，知道Vc略

15、負(fù)于-Vz值時，輸出狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如此循環(huán)不已，形成一系列的方波。3 作用：產(chǎn)生10KHz的可調(diào)方波信號.4 參數(shù)計算：設(shè)t=0時，Vc=-Vz，則在時間內(nèi)，電容C上的電壓將以指數(shù)規(guī)律由-FVz向+Vz方向變化，電容器端電壓隨時間變化規(guī)律為 設(shè)T為方波的周期，當(dāng) 時，,帶入上式，可得 對T求解，得 如適當(dāng)選取 和的值，可使得,即F=0.462，則振蕩周期可簡化為T=2，振蕩頻率為。在Multisin仿真電路上連接遲滯回路比較器的實現(xiàn)電路，用AD9631作為電路的電壓比較器，用示波器檢測輸出端口的波形，檢查頻率和幅值是否在要求的分范圍內(nèi) ，一邊調(diào)試一邊計算。調(diào)試出一個最合適的參數(shù)，經(jīng)調(diào)試得選

16、為860，選為1，選為2，C選為0.025uF。5 電路產(chǎn)生的方波信號如圖所示：5 可以看到邊沿部分有點紋波，不平穩(wěn)，但這是在誤差范圍之內(nèi)的。 3.2 有源帶通濾波電路 1 設(shè)計電路圖：2 設(shè)計原理遲滯比較器輸出的方波信號包含極豐富的諧波，即是由很多個頻率不同的正弦諧波疊加而成，從濾波電路中輸入時，其低次諧波和高次諧波都被濾去，只有頻率為10KHZ的正弦諧波被保留下來，沒有衰減，因此輸入為10KHZ的方波時輸出為同頻率的正弦波，10KHZ既是方波的頻率也是濾波電路的中心頻率。3 作用： 產(chǎn)生的方波信號經(jīng)過射極跟隨器后經(jīng)過兩級無限增益多路反饋帶通濾波器，在最后一級進行放大。4 參數(shù)計算：濾波電路

17、中性能參數(shù)有：中心角頻率或，在所有頻率中對應(yīng)的增益最大為；帶寬BW=-或BW=-，其中稱為上解直角頻率，為下截止角頻率；品質(zhì)因數(shù)Q=或Q=,Q值越高，濾波器的選擇性越好，衰減速率越高，但Q值也不能太高，否則會使電路難以調(diào)整，一般取 較好。 1，設(shè)計要求濾波器的中心頻率是10KHZ,即=10KHZ,先確定一個電容的標(biāo)稱值為0.002uF,由=5(公式中C的單位是uF）。 2，這里取Q=10，查表得Q=10時，得=2、K=1時的電阻值=，,。3，將上述電阻值乘以參數(shù)K=5，得,取標(biāo)稱值79.7K；,取標(biāo)稱值5.8；R2=,取標(biāo)稱值11.68,取標(biāo)稱值23.3。4，其用到的公式有： 或(BW遠(yuǎn)小于時

18、） 5 電路產(chǎn)生的波形如圖所示： 2.3 直流電源1 電路圖：2 設(shè)計原理：直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置， 它需要經(jīng)過變壓、 整流、 濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。四個環(huán)節(jié)的工作原理如下：電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電 路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。整流濾波電路：整流電路將交流電壓 Ui 變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成 分，輸出紋波較小的直流電壓 U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，

19、從而得到比較平滑的直流電壓 各濾波電容 C 滿足 RL-C （35） T/2， 或中 T 為輸入交流信號周期， 為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻.穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。3 作用：能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。4 參數(shù)估計： 由于是整流橋，所以每只二極管鎖車感受的最大方向電壓： =*12=17V對于橋式整流電路，每只二極管的平均電流： < 1 整流之后的電壓=(1.1-1.2） ,為副邊電壓。RC濾波電路中，C的選擇應(yīng)適應(yīng)下式，

20、即RC放電時間常數(shù)應(yīng)滿足：RC=(3-5）,式中T為輸入交流信號周期：R為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻，阻值一般較小。 第四章 電路設(shè)計圖和實物圖連接 實物圖連接：輸出頻率中心頻率：634HZ通頻帶：531HZ964HZ濾波電路增益：4.2頻率雖然與設(shè)計時的數(shù)據(jù)偏差較大，但仍是滿足要求的。c 帶寬BW BW=964-531=433HZ七、答辯記錄 1.為什么電壓的增益只有4.2？答：因為在信號傳輸過程中，第一級為電壓跟隨器，Avf=1，第二級和第三級均為濾波電路，Avf=1，只有在第四級中Avf=R4/(R4+Rv2)，所以電壓增益比較小。2. 電容的大小的劃分規(guī)則和可調(diào)電位器電阻的劃分規(guī)格。 答：一般用三位數(shù)字表示容量大小，前兩位表示有效數(shù)字，第三位 數(shù)字是倍率。 如：102表示10×10的2次方PF=1000PF 224表示22×10的4次方PF=0.22 uF 3.中心頻率的算法？ 答：利用信號發(fā)生器和示波器可以測量。在理論輸出信號頻率范圍內(nèi)，增大或減小輸入信號的頻率，觀察示波器上輸出信號波形的變化；當(dāng)輸出信號波形在不失真的情況下幅值達(dá)到最大，此時信號發(fā)生器上的輸入信號的頻率就是濾波電路的中心頻率。 記錄人（簽字）： 2012 年 6 月 1 日答