四階帶通濾波器

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名 指導(dǎo)教師 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué) 院 提交日期 2011年11月1日目 錄第一章 設(shè)計(jì)題目1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 設(shè)計(jì)要求1第二章 原理分析及參數(shù)計(jì)算1 2.1 總方案設(shè)計(jì)1 方案框圖1 原理圖設(shè)計(jì)1 2.2 單元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算2 二階低通濾波器2 二階高通濾波器3 2.3 元器件選擇4第三章 電路的組裝與調(diào)試5 3.1 MultiSim電路圖5 3.2 MultiSim仿真分析5 四階低通濾波器5 四階高通濾波器5 總電路圖6 3.3 實(shí)際測(cè)試結(jié)果6第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)6附 錄 附錄 元件清單 附錄 Protel原理圖 附錄 PCB圖（正面）附錄 PCB圖（反面）參

2、 考 文 獻(xiàn)第一章 設(shè)計(jì)題目1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)采用無(wú)限增益多重反饋濾波器，設(shè)計(jì)一四階帶通濾波器，通帶增益， ，設(shè)計(jì)方案如圖1.1所示。圖1.1 四階帶通濾波器方案圖1.2 設(shè)計(jì)要求1.用Protel99 畫(huà)出原理圖，計(jì)算各元件參數(shù)，各元件參數(shù)選用標(biāo)稱(chēng)值；2.用Mutisum對(duì)電路進(jìn)行仿真，給出幅頻特性的仿真結(jié)果；3.在面包板上搭接實(shí)際電路，并測(cè)試濾波器的幅頻特性；4.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 方案設(shè)計(jì) 方案框圖(如圖2.1.1)二階低通濾波器 二階低通濾波器 二階高通濾波器 二階高通濾波器VoVi圖 四階帶通濾波器總框圖原理圖設(shè)計(jì)本原理圖根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖組成了4個(gè)二階濾波器，上面兩個(gè)分別

3、為=2kHz，Q=0.541，A=1的低通濾波器和=2kHz，Q=1.306，A=1的低通濾波器；下面兩個(gè)分別為=1kHz，Q=0.541，A=1的高通濾波器和=1kHz，Q=1.306，A=1的高通濾波器，其中P1、P2、P3作為接線(xiàn)座用來(lái)接線(xiàn)，原理圖如圖,具體參數(shù)計(jì)算見(jiàn)2.2節(jié)。圖 四階帶通濾波器原理圖2.2單元電路的設(shè)計(jì) 二階低通濾波器 二階無(wú)限增益多重反饋低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖所示。該濾波器電路是有,低通級(jí)以及,積分器級(jí)組成，這兩級(jí)電路表現(xiàn)出低通特性。通過(guò)的正反饋對(duì)Q進(jìn)行控制。根據(jù)對(duì)電路的交流分析，求得傳遞函數(shù)H(s)為將上式與二階低通濾波器傳遞函數(shù)比較得 圖 二階低通濾波器示意圖

4、直接采用這三個(gè)公式來(lái)計(jì)算,的值是非常困難。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算步驟，先給確定一個(gè)合適的值，然后令=n，式中n是電容擴(kuò)展比，A為濾波器直流增益幅度?？梢詮纳鲜鋈齻€(gè)公式推得各電阻值的計(jì)算公式： 取,上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為令,可得到濾波器中各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算公式為 由此可見(jiàn)，只要確定的值，其余的參數(shù)可隨之確定。濾波器中各項(xiàng)參數(shù)的具體計(jì)算步驟是：a) 決定的容量，再用公式計(jì)算基準(zhǔn)電阻。選取值為3300pF,則基準(zhǔn)電阻。b) 計(jì)算的電容值，。c) 計(jì)算的電阻值，。d) 計(jì)算的電阻值，。e) 計(jì)算的電阻值，。由于需要取標(biāo)稱(chēng)，這里取1%精度的金屬膜電阻的標(biāo)稱(chēng)值。這里取7750pF，取，取，取同理可計(jì)算當(dāng),時(shí)各項(xiàng)參數(shù),取標(biāo)稱(chēng)

5、值。,取標(biāo)稱(chēng)值。,取標(biāo)稱(chēng)值。,取標(biāo)稱(chēng)值。2.2.2二階高通濾波器 圖2.2.2 二階高通濾波器示意圖 二階無(wú)限增益多重反饋低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖2.2.2所示。利用相同的分析方法可得到各元件參數(shù)的計(jì)算公式，取基準(zhǔn)電容，時(shí)，則基準(zhǔn)電阻。各元件的參數(shù)計(jì)算如下： 。取標(biāo)稱(chēng)值。取標(biāo)稱(chēng)值。則原理圖中，。同理當(dāng),時(shí)，計(jì)算的各元件參數(shù)。，取標(biāo)稱(chēng)值。，取標(biāo)稱(chēng)值。2.3元器件選擇電阻的選擇 這里取1%精度的金屬膜電阻的標(biāo)稱(chēng)值，見(jiàn)附錄清單。電容的選擇 根據(jù)電阻的確定和規(guī)定的截止頻率而選擇，見(jiàn)附錄清單。運(yùn)放的選擇 本電路選擇了TI公司的八引腳的TL082雙運(yùn)放。TL082是低成本、高速、雙JFET輸入運(yùn)算放大器，

6、使用于告訴積分電路、D/A轉(zhuǎn)換電路，采樣保持電路以及低輸入失調(diào)電壓、低輸入偏置失調(diào)電流、高輸入阻抗等應(yīng)用場(chǎng)合。其引腳功能：（見(jiàn)表2.3）表 2.3 TL082引腳功能其引腳圖如下：（見(jiàn)圖2.3）圖2.3 TL082引腳圖第三章 電路的組裝與調(diào)試3.1 MultiSim電路圖在MultiSim里畫(huà)出電路圖如圖3.1，分別測(cè)四階低通濾波器和四階高通濾波器輸出端和總輸出的幅頻響應(yīng)。圖3.1四階帶通濾波器 仿真電路圖3.2 MultiSim仿真分析 四階低通濾波器通過(guò)仿真在增益下降3dB時(shí)截止頻率為1.998kHz。如圖圖四階低通濾波器幅頻響應(yīng) 四階高通濾波器通過(guò)仿真在增益下降3dB時(shí)截止頻率為993

7、.639Hz。如圖圖四階高通濾波器幅頻響應(yīng) 總電路圖（見(jiàn)圖）通過(guò)仿真在增益下降3dB時(shí)截止頻率分別為987.46Hz、1.994kHz。如圖3.2.3(a)(b)圖(a) 四階帶通濾波器幅頻響應(yīng)圖(b) 四階帶通濾波器幅頻響應(yīng)3.3實(shí)際測(cè)試結(jié)果測(cè)試是在面包板上搭好電路，示波器用的是TDS1002型號(hào)測(cè)試，輸入信號(hào)是正弦信號(hào)，數(shù)據(jù)如表3.3。fi / kHz0.100.200.400.600.800.900.101.101.201.40vo / V0.040.050.080.250.640.921.221.421.581.73fi / kHz1.601.801.902.002.102.202.4

8、02.602.802.90vo / V1.771.691.611.541.421.301.000.830.630.46表3.3 有源帶通濾波器實(shí)際測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)分析：通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出輸出電壓存在衰減，但輸出信號(hào)大致和仿真時(shí)圖形一致。存在的誤差主要來(lái)于所使用的元件參數(shù)不是理論計(jì)算出來(lái)的值，同時(shí)也存在儀器誤差，和人為誤差。但都在誤差允許范圍內(nèi)，所以本電路是可以使用的。第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)由于是個(gè)人獨(dú)立選定課題，所以在此過(guò)程的開(kāi)始時(shí)基本上所有人都在自己獨(dú)立思考，同時(shí)又由于設(shè)計(jì)所采用的仿真軟件Multisim和制板軟件DXP2004在此之前基本不是很熟悉，因此本次課程設(shè)計(jì)的前期多半是在摸索中前進(jìn)，當(dāng)然付出中會(huì)有收獲，本次課程設(shè)計(jì)讓我弄懂了很多以前感覺(jué)模糊的東西，增加了我的自信心，同時(shí)也加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，當(dāng)我看到由我自己設(shè)計(jì)的東西由想法變成實(shí)物時(shí)，我的心里充滿(mǎn)了成功的喜悅感。附 錄附錄 元件清單電阻個(gè)數(shù)電容(瓷片)個(gè)數(shù)電解電容個(gè)數(shù)1.24K13.3nF26.8uF23K17.5nF14.64K133nF67.87K147nF19.31K20.1uF211K119.1K12P插線(xiàn)座2運(yùn)放放大器個(gè)數(shù)22.1K23P插線(xiàn)座1TL0822附錄 Protel原理圖附錄