帶通濾波的設(shè)計(jì)器

1、目錄1 技術(shù)要求12 三種設(shè)計(jì)方案及比較12.1 方案一的設(shè)計(jì)12.2 方案二的設(shè)計(jì)52.3 方案三的設(shè)計(jì)82.4 三種方案的比較及選擇實(shí)現(xiàn)方案112.5 各元件型號(hào)和參數(shù)113 實(shí)現(xiàn)方案123.1 實(shí)現(xiàn)方案的原理框圖：123.2 原理及工作過程123.3 各元件的功能123.4 測(cè)試電路的布線圖134 調(diào)試過程與結(jié)論155 心得與體會(huì)166 參考文獻(xiàn)16武漢理工大學(xué)電子綜合實(shí)訓(xùn)I說明書帶通濾波的設(shè)計(jì)器1 技術(shù)要求 設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試帶通濾波器電路，實(shí)現(xiàn)良好的選頻特性：能通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平。2 三種設(shè)計(jì)方案及比較2.1 方案一的設(shè)計(jì) 方案一采用無限

2、增益多反饋環(huán)型帶通濾波器，電路原理圖如圖2.1.a圖2.1.a 方案一電路原理圖2.1.1 方案一相關(guān)參數(shù)的計(jì)算（1）傳遞函數(shù)為 (1)（2） 各元件參數(shù) （3） 仿真結(jié)果圖2.1.b 信號(hào)發(fā)生器截圖 圖2.1.b為當(dāng)輸入信號(hào)頻率小于下限截止頻率時(shí)，圖2.1.c為此時(shí)的波形圖，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.1.c 輸入輸出波形圖當(dāng)輸入信號(hào)頻率大于上限截止頻率時(shí)，如圖2.1.d ，2.1.e所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.1.d 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.1.e 輸入輸出波形圖 當(dāng)輸入信號(hào)頻率在帶通范圍內(nèi)時(shí)，如圖2.1.f，2.1.g所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.1.

3、f 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.1.g 輸入輸出波形圖2.2 方案二的設(shè)計(jì) 方案二采用一個(gè)一階高通濾波器加上一個(gè)一階低通濾波器組成，電路原理圖如圖2.2.a所示。 2.2.a 方案2的電路原理圖2.2.1 方案二的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算（1） 傳遞函數(shù) (1)（2） 各元件參數(shù)的設(shè)置 (2) 由上公式得：上限頻率約為160Hz，下限頻率約為53Hz。取R1=30k，R2=10k，C1=C2=0.1uf，R3=R4=R5=R6=47K。(3) 仿真結(jié)果 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率小于下限頻率時(shí)，如圖2.2.b，2.2.c所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.2.b 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.2.c 輸入輸出波形圖 當(dāng)輸入

4、信號(hào)頻率大于上限頻率時(shí)，如下圖2.2.d，2.2.e所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.2.d 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.2.e 輸入輸出波形圖 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率在頻帶內(nèi)時(shí)，如下圖2.2.f，2.2.g所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.2.f 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.2.g 輸入輸出波形圖2.3 方案三的設(shè)計(jì) 方案三采用一個(gè)二階高通濾波器+一個(gè)二階低通濾波器組成，電路原理圖如圖2.3.a所示。圖2.3.a 方案三的電路原理圖 2.3.1 方案三的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算：（1） 傳遞函數(shù)高通部分的傳遞函數(shù)低通部分的傳遞函數(shù)（2） 各元件參數(shù)的設(shè)置 取C1=C2=C3=C4=0.068uf，R1=

5、R2=27k，R5=R6=8.2k，R3=R4=R7=R8=8.2k，由下公式得上限頻率約為286Hz，下限頻率約為87Hz。（3） 仿真結(jié)果 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率小于下限截止頻率時(shí)，如圖2.3.b，2.3.c所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.3.b 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.3.c 輸入輸出波形圖 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于上限截止頻率時(shí)，如圖2.3.d，2.3.e所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.3.d 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.3.e 輸入輸出波形圖 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率在帶通范圍內(nèi)時(shí)，如圖2.3.f，2.3.e所示，上方為輸出波形，下方為輸入波形。圖2.3.f 信號(hào)發(fā)生器截圖圖2.3.g 輸

6、入輸出波形圖2.4 三種方案的比較及選擇實(shí)現(xiàn)方案 方案一的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，所需器材少，無增益限制，但是計(jì)算較麻煩；方案二比方案一復(fù)雜，但是計(jì)算比一簡(jiǎn)單；方案三實(shí)際就是方案二的改良版，由二階變?yōu)樗碾A，當(dāng)輸入信號(hào)頻率不在帶通范圍內(nèi)時(shí)，其幅頻特性曲線下降的更快，更接近于理想狀態(tài)。因此，我選擇方案三作為本次課程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。2.5 各元件型號(hào)和參數(shù) 所需元件如下表所示：表1 器件清單元件類型參數(shù)及數(shù)量電阻47k電阻4個(gè)，27k，8.2k各2個(gè)電容0.068uf的電容4個(gè)運(yùn)放兩個(gè)ua741的運(yùn)算放大器3 實(shí)現(xiàn)方案3.1 實(shí)現(xiàn)方案的原理框圖圖3.1.a 四階帶通濾波器原理框圖圖3.1.b 四階帶通濾波器

7、電路原理圖3.2 原理及工作過程 該方案的原理框圖如3.1.a所示，電路原理圖如3.1.b所示。電路是由一個(gè)二階高通濾波器加一個(gè)二階低通濾波器組成。電路的前半部分是有源二階高通濾波器，它的截止頻率即為帶通濾波器的下限截止頻率；電路的后半部分是有源二階低通濾波器，它的截止頻率即為帶通濾波器的上限上限頻率。3.3 各元件的功能 C1，C2，R1R4，加上一個(gè)ua741運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)有源二階高通濾波器；后面的C3，C4，R5R8，加上一個(gè)ua741運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)有源二階低通濾波器；其中，R3與R4，R7與R8的功能一樣，都是調(diào)節(jié)其輸出增益。3.3.1 ua741的簡(jiǎn)介 741型運(yùn)算放大器具有

8、廣泛的模擬應(yīng)用。寬范圍的共模電壓和無阻塞功能可用于電壓跟隨器。高增益和寬范圍的工作電壓特點(diǎn)在積分器、加法器和一般反饋應(yīng)用中能使電路具有優(yōu)良性能。此外，它還具有如下特點(diǎn)：（1）無頻率補(bǔ)償要求；（2）短路保護(hù)；（3）失調(diào)電壓調(diào)零；（4）大的共模、差模電壓范圍；（5）低功耗。 管腳圖如圖3.3.a所示。圖3.3.a 管腳圖3.4 測(cè)試電路的布線圖圖3.4.a 未接入信號(hào)源時(shí)的實(shí)物圖圖3.4.b接入信號(hào)源的實(shí)物圖圖3.4.c 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率小于下限截止頻率時(shí)的波形圖圖3.4.d 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率在帶通范圍內(nèi)時(shí)的波形圖圖3.4.e 當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于上限截止頻率時(shí)的波形圖4 調(diào)試過程與結(jié)論 布線完成

9、后實(shí)物圖如圖3.4.a，調(diào)試過程中接入電源、信號(hào)源、示波器后實(shí)物圖如圖3.4.b，將輸入信號(hào)頻率調(diào)至小于下限截止頻率時(shí)，可觀察到輸出波形如圖3.4.c，頻率分別在帶通范圍內(nèi)和大于上限截止頻率范圍內(nèi)時(shí)，觀察到輸出波形分別如圖3.4.d、圖3.4.e。本次課程設(shè)計(jì)，由于在實(shí)際調(diào)試之前，我和我的搭檔用萬用電表仔細(xì)檢查，并且在檢查電路之前反復(fù)簡(jiǎn)化電路，因此調(diào)試過程很順利。當(dāng)然，要感謝陳老師教會(huì)我們使用電壓源及ua741的基本用法。 結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值還是有一定差距，因此，我們的方案還是有待改進(jìn)。我們應(yīng)該算基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。5 心得與體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)是人生第一次，現(xiàn)在回想當(dāng)時(shí)調(diào)試的過程還是很激

10、動(dòng)，畢竟第一嘛。盡管所做的東西很簡(jiǎn)單，相對(duì)于那些高手所做的東西，我們做的簡(jiǎn)直沒法比。但是我相信高手也是從最基礎(chǔ)的做起，我們有相同的出發(fā)點(diǎn)，只不過是他們走的很遠(yuǎn)，而我們才剛起步。 這次課程設(shè)計(jì)讓我又重新復(fù)習(xí)了模擬電子電路基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)以前記得很清晰的知識(shí)點(diǎn)忘記了大半。的確，自從模電考試過后，我就再也沒翻過這本書了。這也應(yīng)當(dāng)是個(gè)教訓(xùn)，我不應(yīng)該是為了考試而讀書，而應(yīng)該是為了掌握知識(shí)而讀書。如果大學(xué)四年里，考完一科就把那一科的書扔進(jìn)書柜里不再溫習(xí)，那么四年后的我又和四年前的我又有什么區(qū)別了，學(xué)過的知識(shí)都忘了和沒學(xué)的結(jié)果一樣，白白浪費(fèi)了四年的青春，從這次的課設(shè)中，我應(yīng)當(dāng)警醒。 課設(shè)很好地把我們所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際動(dòng)手能力結(jié)合在一起，不是說有多大程度提高了我們的動(dòng)手能力，但是毫無疑問地鍛煉了我們的動(dòng)手能力。 除此之外，