二階低通濾波器的設(shè)計-模電課設(shè)報告

1、 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱: 模擬電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 二階低通濾波器的設(shè)計 學(xué) 院 名 稱：信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 20 13 年 3 月 13 日20 / 25文檔可自由編輯打印 模擬電路 課程設(shè)計任務(wù)書20 12 20 13 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 3周 題目二階低通濾波器的設(shè)計內(nèi)容及要求分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋二種方法設(shè)計電路；截止頻率f=2KHz；增益AV2；注：可使用實驗室電源。進(jìn)度安排1. 布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備： 2天； 2. 領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天3調(diào)試： 2天4. 驗收：0.5天

2、學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時間: 2.253.15指導(dǎo)地點：E樓311室任務(wù)下達(dá) 2.25任務(wù)完成 3.15考核方式1.評閱 2.實際操作 指導(dǎo)教師 系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。 摘要 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)傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應(yīng)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(shè)計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。二階低通濾波器可用壓控和無限增益

3、多路反饋。采用集成運放構(gòu)成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調(diào)等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯(lián)。本文根據(jù)實際要求設(shè)計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用EDA仿真軟件Multisim12對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進(jìn)行仿真分析、調(diào)試，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞：二階低通濾波器，截止頻率，電路設(shè)計目錄前言1第一章 課程設(shè)計任務(wù)及要求21.1設(shè)計任務(wù)21.2設(shè)計要求2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1有源二階壓控濾波器32.2無限增益多路反饋有源濾波器4第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇63

4、.1二階壓控低通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算63.2無限增益多路反饋有源濾波器的設(shè)計及參數(shù)計算6第四章 電路組裝及調(diào)試84.1壓控電壓源二階低通濾波電路84.2無限增益多路負(fù)反饋二階低通濾波器11第五章 實驗結(jié)論155.1實驗數(shù)據(jù)記錄與處理15參考文獻(xiàn)16附錄一 芯片介紹：17附錄二 元件清單18附錄三 實物圖19前言 當(dāng)今時代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)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(xué)生不僅僅要努力學(xué)習(xí)理論知識，還要把理論運用到實踐中去，做到學(xué)以致用。低通濾波器的使用非常廣泛。該種

5、濾波器只讓規(guī)定的低頻率通過，而且電路性能穩(wěn)定，增益易調(diào)節(jié)。利用這一特點不僅可以通過有用信號還可以抑制無用信號。工程上常常用低通濾波器作信號處理，數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾。例如：無線電發(fā)射機利用低通濾波器阻塞可能引起與其它通信發(fā)生干擾的諧波發(fā)射；固體屏障也是一個聲波的濾波器，當(dāng)一個房間播放音樂時很容易聽到低音，但高音被濾掉了。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率雖然基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。但從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國電子產(chǎn)品要想實現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍是一個問題。第一章 課程設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計任務(wù)1、學(xué)習(xí)RC有源濾波器的設(shè)計方法；2、由濾波器

6、設(shè)計指標(biāo)計算電路元件參數(shù)；3、設(shè)計二階RC有源濾波器(低通)；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(shè)計要求1. 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法設(shè)計電路2. 截止頻率fc=2000HZ3. 增益Av=2 第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1有源二階壓控濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示 圖2.1 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，在集成運放輸出到集成運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ff0時（f0 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&#

7、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(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。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為： (2-1)令8 稱為通帶增益 -（2-2）稱為等效品質(zhì)因數(shù) -（2-3） 稱為特征角頻率 -（2-4）則-(2-5)注 濾波電路才能穩(wěn)定工作。2.2無限增益多路反饋有源濾波器基本形式圖2 圖2.2 無限增益多路反饋有源濾波基礎(chǔ)電路在二階壓控電壓源低通濾波電路中，由于輸入信號加到集成運放的同相輸入端，同時電容C1在電路參數(shù)

8、不合適時會產(chǎn)生自激震蕩。為了避免這一點，Aup取值應(yīng)小于3.可以考慮將輸入信號加到集成運放的反相輸入端，采取和二階壓控電壓源低通濾波電路相同的方式，引入多路反饋，構(gòu)成反相輸入的二階低通濾波電路，這樣既能提高濾波電路的性能，也能提高在f=f0附近的頻率特性幅度。由于所示電路中的運放可看成理想運放，即可認(rèn)為其增益無窮大，所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。-（2-6） -（2-7）其中： ，為品質(zhì)因數(shù)。 第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇 3.1二階壓控低通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算 (3-1)所以根據(jù)上述推導(dǎo)公式可得：電路設(shè)計時應(yīng)該使得, 取，然后由中心頻率計算公試可以取C1=C2=0.1u

9、F,可以得出電阻R1=800,R2=800. 本次課設(shè)電路中用2k的電位器調(diào)節(jié)的到800代替。仿真電路圖如下所示：圖3.1.1 壓控電壓源二階低通濾波3.2無限增益多路反饋有源濾波器的設(shè)計及參數(shù)計算通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)： (3-2) 濾波器的截止角頻率： (3-3)根據(jù)上述推導(dǎo)公式可得：電路設(shè)計時應(yīng)該使得C1=C2，根據(jù)市場能買到的器件，則可以取C1= C3=0.1uF，然后由中心頻率計算公式，電壓增益公式以及品質(zhì)因素的公式計算參數(shù)，依據(jù)以上三個公式，取f0=2KHz，Q=0.707，令R1=R2=200，=400,而實踐中，電阻測量值與標(biāo)稱值有較大誤差，本電路中R1 ,R2用2K的電位器調(diào)節(jié)

10、得到，使得其等于200即可基本達(dá)到設(shè)計要求。其仿真電路圖如下 圖3.2.1 無限增益多路反饋低通濾波電路 第四章 電路組裝及調(diào)試4.1壓控電壓源二階低通濾波電路 圖4.1.1 壓控有源二階低通濾波基礎(chǔ)電路當(dāng)輸入的信號頻率小于截止頻率2000hz，其電路的增益為2.即其波形的峰峰值是兩倍。當(dāng)f=1KHZ，f=2KHZ，f=30kHZ時得仿真圖如下 圖4.1.2 f=1KHZ時仿真圖 圖4.1.3 f=2KHZ時仿真圖 圖4.1.4 f=30KHZ時仿真圖4.2無限增益多路負(fù)反饋二階低通濾波器當(dāng)輸入的頻率是1000HZ ，2000HZ， 30000JHZ 的交流電源是輸出信號的波形圖分別如下： 輸

11、出與輸入的倍數(shù)關(guān)系分別是2倍，1.4倍 然后是截至了， 趨于0.濾波器的濾波效果已經(jīng)達(dá)到， 截至頻率是2000HZ。小于2000HZ時，輸出波放大2倍。 圖4.2.1 f=1KHZ時仿真圖 圖4.2.2 f=2KHZ時仿真圖圖4.2.3 f=30KHZ時仿真圖第五章 實驗結(jié)論 5.1實驗數(shù)據(jù)記錄與處理表5.1.1壓控電壓源二階低通濾波器實驗數(shù)據(jù)理論上當(dāng)輸入電壓8v,f<2KHZ時輸出為輸入的2倍即16v，f=2KHZ時輸出約為輸入的1.4倍即11.2v，f>2KHZ時輸出減小逐漸趨于0。誤差分析：f=1KHZ，誤差n為-2.5%，f=2KHZ，誤差n為7.14%,f>10KH

12、Z已完全濾波。由于元件標(biāo)稱值與實際值有誤差，加之儀器本身的誤差，使得產(chǎn)生微小偏差。在誤差允許之內(nèi)，本次實驗是成功的 表5.1.2無限增益多路負(fù)反饋二階低通濾波器實驗數(shù)據(jù)理論上當(dāng)輸入電壓8v,f<2KHZ時輸出為輸入的2倍即-16v，f=2KHZ時輸出約為輸入的1.4倍即-11.2v，f>2KHZ時輸出減小逐漸趨于0。誤差分析，當(dāng)f=1KHZ時誤差n=(-14+16)/-16即-12.5%，f=2KHZ時誤差n=(-10+11.2)/-11.2即-10.7%，當(dāng)f>10KHZ時已完全濾波。由于元件標(biāo)稱值與實際值有誤差，加之儀器本身的誤差，在焊接過程中電烙鐵溫度很高使得整塊電路板

13、很燙可能會影響各元件的性能從而帶來一定誤差示波器時由于導(dǎo)線接觸不良容易產(chǎn)生干擾。總的來說在誤差允許之內(nèi)，本次實驗是成功的。參考文獻(xiàn)1 王港元.電工電子實踐指導(dǎo).江西.江西科學(xué)技術(shù)出版社，20002 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.北京.高等教育出版社，20053 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京.高等教育出版社，20084 彭介華.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.北京.高等教育出版社，2003附錄一 芯片介紹：產(chǎn)品型號：LM324N1.概述與特點LM324是由四個獨立的運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、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點如下：具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V30V，雙電源±1.5V±15V 內(nèi)