二階帶通濾波電路(共18頁)

1、PAGE PAGE III2014-2015電子電路設(shè)計(shj)課程說明書學(xué)院(xuyun) 實驗(shyn)學(xué)院 專業(yè) 電子信息工程 題目 二階帶通濾波器 姓名 黃玉歡 學(xué)號 13521230 日期 2015年 7 月 21日 指導(dǎo)教師 北京工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計報告摘要(zhiyo)此次電子技術(shù)課程設(shè)計包括數(shù)電課設(shè)和模電課設(shè)兩部分，需要自己獨立地完成設(shè)計、Multisim仿真和硬件(yn jin)連接三個環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計：二階有源帶通濾波器，二階有源帶通濾波器采用經(jīng)典的RC有源濾波器設(shè)計，該設(shè)計又稱為巴特沃斯濾波器。電路為雙電源供電，可完成對于規(guī)定中心頻率的選擇，并保證信號(xnho)在3d

2、b帶寬內(nèi)平穩(wěn)不失真，且有良好的矩形系數(shù)。兩個實驗均通過了仿真測試和硬件連接測試，基本符合課設(shè)的要求。以下是我對兩個實驗的基本方案、設(shè)計原理、元器件的選擇、優(yōu)缺點的比較和仿真結(jié)果的介紹。關(guān)鍵詞帶通濾波器、Multisim仿真AbstractThe course design by the digital circuit design and analog circuit design composed of，Complete independence to complete the design， Multisim simulation and the experiment three link

3、s。Analog circuit design part， second-order active bandpass filter， and through Multisim software and oscilloscope simulation and performance testing，The output resistor， the center frequency coefficient matrix circuit conditions and performance up to requirements. Two experiments were tested by simu

4、lation and laboratory simulation tests， the basic compliance testing requirements. This article describes the Responder and the second-order active band-pass filter and the basic program design principles， component selection， compare the advantages and disadvantages and simulation test results， mor

5、e comprehensive about the design of this course the content of electronic technology.KeywordsBandpass filter、Multisim Simulation目錄(ml) TOC o 1-5 h z u HYPERLINK l _Toc424300005 1概述(i sh) PAGEREF _Toc424300005 h 1HYPERLINK l _Toc424300006 2二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能(xngnng)實測 PAGEREF _Toc424300006 h 2HYPERLI

6、NK l _Toc424300007 1 設(shè)計內(nèi)容與要求 PAGEREF _Toc424300007 h 2HYPERLINK l _Toc424300008 2 方案比較 PAGEREF _Toc424300008 h 3HYPERLINK l _Toc424300009 3總體方案 PAGEREF _Toc424300009 h 4HYPERLINK l _Toc424300010 3.1 總體方案介紹 PAGEREF _Toc424300010 h 4HYPERLINK l _Toc424300011 3.2 電路設(shè)計原理 PAGEREF _Toc424300011 h 4HYPERLI

7、NK l _Toc424300012 3.3 軟件仿真與測試分析 PAGEREF _Toc424300012 h 6HYPERLINK l _Toc424300013 3.4 硬件仿真與測試分析 PAGEREF _Toc424300013 h 8HYPERLINK l _Toc424300014 3.5問題解決與討論 PAGEREF _Toc424300014 h 10HYPERLINK l _Toc424300015 4結(jié)論 PAGEREF _Toc424300015 h 10HYPERLINK l _Toc424300016 5參考文獻 PAGEREF _Toc424300016 h 10

8、HYPERLINK l _Toc424300017 6.附錄 PAGEREF _Toc424300017 h 10HYPERLINK l _Toc424300018 6.1 元器件明細表 PAGEREF _Toc424300018 h 10HYPERLINK l _Toc424300019 6.2設(shè)計環(huán)境與設(shè)備清單 PAGEREF _Toc424300019 h 10HYPERLINK l _Toc424300020 6.3附表 PAGEREF _Toc424300020 h 10 PAGE 151概述(i sh)本次電子課程設(shè)計分為(fn wi)數(shù)字電路和模擬電路兩部分。模擬電子(dinz)

9、技術(shù)課程設(shè)計是在完成模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識和基本設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上，綜合運用有關(guān)知識，設(shè)計安裝和調(diào)試自成系統(tǒng)的設(shè)計。和數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計有相同之處，可以共同提高動手能力，加強對知識的理解，并能提高自己在困難面前的解決能力，在參考資料的同時，也為自己以后從事有關(guān)工作打下了基礎(chǔ)。課程設(shè)計是針對某一理論課程的要求，對我們進行綜合性實踐訓(xùn)練的實踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)我們運用課程中所學(xué)的理論知識與實際緊密結(jié)合，獨立地解決實際問題的能力。本課程設(shè)計介紹的是二階有源濾波器的設(shè)計方法與測試技術(shù)，以電路的基本理論為基礎(chǔ)，著重介紹電路的設(shè)計，裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。2二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能實測1

10、 設(shè)計內(nèi)容(nirng)與要求課程設(shè)計內(nèi)容(nirng)（一）模擬(mn)仿真的主要內(nèi)容交流分析：分析電路的頻率特性。交流分析：可以進行幅頻特性、相頻特性分析直流分析：計算電路的直流工作點，采用直流掃描和參數(shù)掃描。非線性電路需要進行多次迭代逼近。暫態(tài)分析：在給定的初始狀態(tài)和輸入激勵下計算出電路的輸出響應(yīng)。零點極點分析：計算電路中復(fù)頻域的特征點。實質(zhì)上是電抗網(wǎng)絡(luò)中的諧振點分布。還有正弦穩(wěn)態(tài)分析、噪聲分析、容差分析、失真分析、溫度特性分析等。硬件設(shè)計：方案確定后要搭建實際電路，調(diào)出要求的功能，并且測出其性能指標進行比對。通過實測結(jié)果確認技術(shù)性能指標。課程設(shè)計要求（二）具體任務(wù)以下設(shè)計內(nèi)容及要求中未

11、標注為基本要求的要積極動腦進行擴展。 二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能實測。測試參考表格見附錄。（1） 基本內(nèi)容根據(jù)基本要求完成設(shè)計。包括電路形式、元器件參數(shù)。進行上機仿真得出幅頻特性、相頻特性。給出曲線和表格的數(shù)據(jù)表達方式。寫出設(shè)計說明書。（2） 提高內(nèi)容前面提到的其他特性仿真。在實驗箱或?qū)嶒灠迳?，用指定型號的運放器(LM358/TLC2262CP/LM741)，按指定的外部引線方式搭接電路供自己調(diào)試和實際測評。電路形式，元件參數(shù)和內(nèi)部接線方式不限（3）題測試評價內(nèi)容中心頻率fo=10KHz 。3db 帶寬不小于400Hz ，以最接近1Khz 為最佳。帶內(nèi)平整度小于1db 矩形系數(shù)K=幅

12、度降至0.707 的帶寬與0.1 處帶寬之比。（注：矩形系數(shù)K一般是3dB帶寬和40dB帶寬的比值，一般取信道濾波器6dB帶寬和60dB帶寬之比數(shù)值越接近1，濾波器的特性越陡峭，選擇性越理想；但是過于陡峭邊緣的響應(yīng)會使鄰道干擾產(chǎn)生一種噪聲，一般單邊帶通信所要求的實際指標大約為1：2。）(4) 測試條件通帶內(nèi)電路不失真。外加(wiji)測試信號源內(nèi)阻50 歐姆。電路輸出(shch)負載10K 歐姆(u m)。單電源供電12 伏。對12V 單電源供電和正負6V 雙電源供電的設(shè)計參數(shù)進行比較。濾波器通常要求做到下降40db/10倍頻程。2 方案比較1方案一：單電源帯通濾波器如圖2.2.1正電源Ac分

13、析輸出放大增益帶寬調(diào)節(jié)輸入信號接地反饋回路圖3.2.1 單電源帯通濾波器圖2.2.1單電源帶通濾波器 雙電源帶通濾波器如圖2.2.2正電源Ac分析放大增益輸入信號輸出帶寬調(diào)節(jié)負電源反饋回路圖2.2.2 雙電源帶通濾波器2元器件方案：741，LM358J 3. 仿真工具方案:Multisim12.03總體方案 3.1 總體方案介紹(jisho)帶通濾波器只允許在某一個通頻帶(pndi)范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制，注意：要將高通的下限截止頻率設(shè)置為小于低通的上限(shngxin)截止頻率。反之則為帶阻濾波器。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其

14、中一級改成高通而成。如圖3.1所示。(a) 帶通濾波器原理框圖（b）電路圖 (c)幅頻特性圖3.1 二階帶通濾波器3.2 電路設(shè)計原理工作原理：這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖1（a）所示。電路性能參數(shù)通帶增益 中心(zhngxn)頻率 通帶寬度(kund) 選擇性 此 HYPERLINK / 電路(dinl)的優(yōu)點是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。例要求設(shè)計一個有源二階帶通濾波器，指標要求為： 通帶中心頻率 通帶中心頻率處的電壓

15、放大倍數(shù)： 帶寬： 設(shè)計步驟：1）選用圖3.1圖（b）電路。2）該電路的傳輸函數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：通帶的中心角頻率： 通帶中心角頻率處的電壓放大倍數(shù)： 取，則：因為(yn wi)實驗室器材有限，R1用10k電阻(dinz)，R2用2k電阻。C1,C2采用(ciyng)0.01F1.LM358單電源供電如圖3.2.1圖 LM324單電源供電LM324J雙電源供電如圖3.2.2圖 LM324雙電源供電2741單電源供電如圖圖741雙電源供電(n din)如圖圖3.3 軟件(run jin)仿真與測試分析經(jīng)過(jnggu)Multisim軟件仿真，雙電源仿真結(jié)果如圖3.3.1：頻率為1kHz如圖3.3.1

16、 頻率為10kHz中心頻率時如圖3.3.2圖3.3.1 圖3.3.2頻率為100kHz如圖3.3.3圖3.3.3波特圖如圖3.3.4 交流(jioli)分析如圖3.3.5圖3.3.4 圖3.3.5經(jīng)過Multisim軟件仿真(fn zhn)，單電源仿真結(jié)果如圖頻率(pnl)為1kHz圖3.3.6 頻率為10kHz為中心頻率時如圖3.3.7圖3.3.6 圖3.3.7頻率(pnl)為100kHz如圖3.3.8 波特圖圖3.3.9 圖 3.3.8 圖3.3.9交流(jioli)分析圖3.3.10圖3.3.103.4 硬件仿真(fn zhn)與測試分析經(jīng)過實驗室仿真，結(jié)果(ji gu)如下：1雙電源供

17、電(n din)圖3.4.1 頻率為10kHz圖3.4.2圖3.4.1 圖3.4.2頻率(pnl)為31.31kHz圖3.4.3 頻率為1.178kHz圖3.4.4圖3.4.1 圖3.4.4單電源(dinyun)供電圖3.4.5 頻率為10kHz圖3.4.6圖3.4.5 圖3.4.6頻率(pnl)為119hz圖3.4.7 頻率為317.4kHz圖3.4.8圖3.4.7 圖3.4.83.5問題(wnt)解決與討論 低通部分的改進 由于在仿真階段的疏忽和調(diào)節(jié)的盲目，使得地同參數(shù)出了很大問題，一直到實際電路搭接出來后還在為低通電路部分發(fā)愁。后來通過對仿真圖的調(diào)節(jié)、實際電路的分塊測試，低通濾波電路的不

18、可行之處實實在在的擺在我們眼前，因此重新開始從計算開始，確立參數(shù)，在上面已經(jīng)予以說明，但新的問題又出現(xiàn)了，高頻部分波特圖出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，且轉(zhuǎn)折前后斜率不盡相同，在之前(zhqin)給出的方針和實測圖中都有出來，其原因初步被判定為是兩個二階濾波電路頻率不匹配，致使濾波通帶沒有能完全重合。4結(jié)論(jiln) 模電部分我做的二階有源帶通濾波器。從仿真開始就一路出錯，無法滿足足夠的衰減的系數(shù)。最終，在參考了別人的參數(shù)之后我們的仿真勉強過關(guān)了，而連電路方面又遇到了問題。最開始連得電路，其實已經(jīng)實現(xiàn)了功能了，但是因為對其波形不熟悉，所以自以為是的拆掉了重新連了一遍，換了個 方式之后，在之后的7,8次重新連的電路里，都沒有成功，而且還燒了個芯片。在一遍遍的嘗試之后，我們對我的電路圖提出了質(zhì)疑，在仔細的檢查之后發(fā)現(xiàn)示波器連接位置出錯導(dǎo)致結(jié)果一直沒有出現(xiàn)，在解決問題之后我們的結(jié)果就正確的出現(xiàn)了。5參考文獻 1羅杰，謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.第四版.電子工業(yè)出版社，2008 2閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，第五版，高等教育出版社，20063康華光，電子技術(shù)(jsh)基礎(chǔ)（模擬部分），第五版，高等教育出版社，20064 鄭步生 吳渭，Multisim 2001電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用，電子(dinz)工業(yè)出版社，20026.附錄(fl)6.1 元器件明細表運算放大器 1