二階有源低通濾波器課程設(shè)計要點(diǎn)

1、一題目要求與方案論證11.1 （設(shè)計題題目）二階有源低通濾波器L1.1.1 題目要求1.1.1.2 方案論證1.1.2 （實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)生器與計數(shù)器4121題目要求4.1.2.2方案論證4.二電子線路圖十與實(shí)現(xiàn)62.1 二階有源彳氐通濾波器6.2.2 十位二進(jìn)制加法計數(shù)器電路設(shè)計7.三結(jié)果與分析93.1 二階有源低通濾波器9.3.2 二位十進(jìn)制加法計數(shù)器的實(shí)現(xiàn)10四總結(jié)與體會12參考文獻(xiàn)137-題目要求與方案論證1.1 （設(shè)計題題目）二階有源低通濾波器設(shè)計二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000比通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)Ao=15,品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。分析電路工作原理，設(shè)計電路圖，列出

2、電路的傳遞函數(shù)，正確選擇電路中的參數(shù)。1.1.2方案論證（1）：對信號進(jìn)行分析與處理時，常常會遇到有用信號疊加上無用噪聲的問題，這些噪聲有的是與信號同時產(chǎn)生的，有的是傳輸過程中混入的。因此，從接收的信號中消除或減弱干擾噪聲，就成為信號傳輸與處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號與噪聲的不同特性，消除或減弱噪聲，提取有用信號的過程稱為濾波，實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：無源濾波器：由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成有源濾波器：一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有

3、放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。從功能來上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF、帶通濾波器（BPF、帶阻濾波器（BEF、全通濾波器（APF。其中前!1!種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于濾波電路的主要性能指標(biāo),也是高階慮波器的HPF的通帶截止頻率時，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF而LPF與HPF并聯(lián),就構(gòu)成BEFO在實(shí)用電子電路中，還可能同時米用幾種不同型式的濾波電路。有通帶電

4、壓放大倍數(shù)AVP通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。工作原理:二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設(shè)計采用壓控電壓源型設(shè)計課題。有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示:Ri同相比例放大電路圖1二階有源低通濾波基礎(chǔ)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(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號頻率f>>f。時(fO為截止頻率)，電路的每級RC電路的相移趨于-90。,兩級RC電路的移相到-180。,電路的輸出電壓與輸入電壓

5、的相位相反，故此時通過電容c引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)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(diǎn)是輸入阻抗高,輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為：A二V。1(3-Avf)sCR(sCR)2令A(yù)o二Avf稱為通帶增益1Q稱為等效品質(zhì)因數(shù)3Avf8c-稱為特征角頻率上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式注：當(dāng)3-Avf。，即Avf：3時濾波電路才能穩(wěn)定工作。(2)芯片介紹:產(chǎn)品型號：LM324N1 .概述與特點(diǎn)LM324是由四個獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的電路。它設(shè)計在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作，但亦可在雙

6、電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動化及光、機(jī)、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下： 具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V30V雙電源土1.5V±15V 內(nèi)含相位校正回路，外圍元件少 消耗電流?。簂cc=0.6mA（典型值RL=八） 輸入失調(diào)電壓低：土2mV（典型值） 電壓輸出范圍寬：0VVcc1.5V 共模輸入電壓范圍寬：0VVcc1.5V封裝形式：DIP14也界工廠GongChang.coin圖2LM324N實(shí)物圖4VCCGNDII510圖3LM324N管腳圖1.2（實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)生器與計數(shù)器121題目要求利用74LS138以及兩片74LS195構(gòu)成模值

7、2-8的程序計數(shù)器,如CBA俞入111（8分頻）時,QD端輸出8分頻脈沖1.2.2方案論證表1二位十進(jìn)制加法計數(shù)器的狀態(tài)表計數(shù)脈沖數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019100000進(jìn)位芯片介紹：LM324MI運(yùn)算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運(yùn)算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?電壓范圍是3.0V-32V或+16V。LM324M的特點(diǎn)：短跑保護(hù)輸出、真差動輸入級、可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大lOOnA （ LM324A.每圭寸裝含Ui個運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓?/p>

8、能、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。圖4：LM324M實(shí)物圖74LS90D74LS90是二一五一十進(jìn)制異步計數(shù)器,從000計到111為例。先接成加法計數(shù)狀態(tài),在輸出為1000時（既Q4為高電平時）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0）,此時當(dāng)計數(shù)到1000時則立刻置0,從新從0開始計數(shù)。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài),1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個狀態(tài)跳回到#0000狀態(tài)。圖K 741 S9CD笞日知圖RESETJSEHNPVT5OUTPUTSCOUNTOUTPUTMRnMRSMSiMS3O創(chuàng)Qz砌QQ QiQs QjHI

9、XHlHXLXHX L HLIL HLLLL I L L H0.12LHLL L HL/L L1LXLXCountaHHLLXL KLKXXLLKCfitinl Ccunt Cuuril4r尸ct6LLL L HHHHLLLHHHL7 a9H LL HHAAA nn7L-LON VohagflX Do(H創(chuàng)陽(1)計數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計數(shù)器。(2)計數(shù)脈沖從CP2輸入,QDQLQ作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計數(shù)器。(3)若將CP2和QA相目連，計數(shù)脈沖由CP1輸入,QDQCQBQA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。(4)若將CP1與QD相連，計數(shù)脈沖由

10、CP2輸入，QAQDQCQB作為輸出端,則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。(5)清零、置9功能。a)異步清零當(dāng)R0(1)、R0(2)均為T;S9、S9中有0時,實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000b)置9功能當(dāng)S9、S9均為1；R0(1)、R0(2)中有0時，實(shí)現(xiàn)置9功能,即QDQCQBQA=1001.圖6:74LS90D真值表74HC45119圖7:74HC4511弓|腳圖電子線路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)2.1二階有源低通濾波器我們的設(shè)計題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率fO=lOOOHZ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=15,品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。Q二工由3«=0.707可以求得A

11、VF,所以低通濾波器的通帶電壓增Ao-Avf=1.586選擇C=82nF選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R=9.09KQ,Rf=2.55KQo要使Ao=15,則還須再接一個放大電路，使得一級輸出被放大9.43倍，則總增益達(dá)到15左右。設(shè)計仿真電路如圖：圖8二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖13根據(jù)題目要求利用Multisim軟件畫出如下的電路圖:R4U64511BP5VXSC1圖9仿真圖電路圖根據(jù)仿真電路的電路圖設(shè)計出如下的布線圖：POWER4.G；Ol§CSLG20Cd.05>26nonnoAoR|AAfTelCl._*>D>rJR(jLp*r.m.v-CAAVco-l71ae非aeo

12、ooOI1LPkJ匚盤»GT-占八、6oo>n53。ILlo齊a鼻心n圖10十位二進(jìn)制加法計數(shù)器電路模擬電路圖根據(jù)布線圖焊接了電路板如下圖所示:6(4 7ACN4CK段ni- SN74LS90H圖11二位十進(jìn)制加法計數(shù)器焊接電路板結(jié)果與分析13.1 二階有源低通濾波器圖12二階有源低通濾波器仿真波形圖（1）分析上圖知電路的截止頻率在989HZ左右，與題目要求稍微有點(diǎn)偏差，這是由于電阻和電容的設(shè)置存在偏差及兼顧通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)引起的，在誤差允許的范圍之內(nèi)。Oscilloscope-XSCILTifne Charnel-A Channel_B21 939 ms 155181 mV

13、 2 570 VERevefse GND ( Sa” | ExtCTnrebmseScale 110 ms，DivX position p yT AOd ! & A | ICh3nre A$03 1mV Div-Y posftion|0甌 0 | DC 6Gwfti EScale 11 WDv .Y g5gn 卜。ac' o I dc| J G回!®ILevel |0| VTypeNorjAuto<>n圖13二階有源低通濾波器仿真波形圖（2）所加輸入信號的有效電壓Vi=120mv,波形入Channel-A所示;輸出電壓波形入Channel-B所示，其最大電

14、壓約為2.570V,故輸出電壓的有效電壓值Uo=2.570x0.707=1816.99（mv）油以上分析知通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A=Uo/Vi=15.14,和題目要求存在極小偏差，在誤差允許的范圍之內(nèi)。綜上所分析得知我組所設(shè)計的二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求，是正確3.2 二位十進(jìn)制加法計數(shù)器的實(shí)現(xiàn)圖14二位十進(jìn)制加法計數(shù)器仿真波形圖會 g E 則w 削a Jmutete Trjpsfcf Jpote g,（wort5 Rms 紳xtow 附）-2J050207403212J1JjjJ-a»?-io-i8ZOXfi；-iBjjRcJJ<eh|Carfxrwfa|R28

15、Ufe:ForMejpApf.uLJ開為“Knp圖15仿真過程圖表2.誤差分析:可變電阻值80kQ100kQ示波器周期格數(shù)6.84周期仿真值340ms400ms總結(jié):通過實(shí)驗的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，當(dāng)可變電阻的值增加時，周期變大；當(dāng)可變電阻的值減小時,周期減小。數(shù)值的誤差范圍在測量允許范圍內(nèi)。誤差原因分析:(1)電路板上元件的阻值與實(shí)際的電阻值有一點(diǎn)的誤差，得到的結(jié)果與計算結(jié)果有不同(2)電路板焊接時對元器件有了一點(diǎn)的影響。(3)讀數(shù)時有偏差，連接示波器時的元件的具體頻率值與電阻值都直接取了整數(shù)，并不是原來的那個值。因此在具體周期的計算值上也有不同。(4)焊接點(diǎn)與線也有一定的電阻。1四總結(jié)與體會實(shí)習(xí)了兩個星期的，我們學(xué)會了很多東西，培養(yǎng)了動手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻