二階低通濾波器(課程設(shè)計(jì))

學(xué)號(hào)08700109L炸斌市:*<t慌模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說(shuō)明書二階低通濾波器起止日期：2010年12月24日至2010年些月31日TOC\o"1-5"\h\z學(xué) 生班 級(jí)成 績(jī)指導(dǎo)教師（簽字）電子與信息工程系2011年1月2日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章電路設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"1.1集成運(yùn)算放大器 1\o"CurrentDocument"1.2二階低通電路 1\o"CurrentDocument"1.3課設(shè)電路及計(jì)算 3\o"CurrentDocument"第二章所用元器件 32.1電阻 32.2電容 32.3集成運(yùn)算放大器LM741 4\o"CurrentDocument"第三章仿真情況 5\o"CurrentDocument"第四章課設(shè)總結(jié) 7\o"CurrentDocument"4.1心得體會(huì) 7\o"CurrentDocument"4.2個(gè)人答辯問(wèn)題 7\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 8第一章電路設(shè)計(jì)1.1集成運(yùn)算放大器圖1是集成運(yùn)放的符號(hào)圖，1、2端是信號(hào)輸入端，3、4是工作電壓端，5是輸出端，在實(shí)際中還有調(diào)零端，頻率補(bǔ)償端和偏置端等輔助端。集成運(yùn)算放大器的輸入級(jí)通常由差分放大電路組成，因此一般具有兩個(gè)輸入端以及一個(gè)輸出端。圖中標(biāo)有“+”號(hào)的是同相輸入端，標(biāo)有“一”號(hào)的是反相輸入端，當(dāng)信號(hào)從同相端輸入時(shí)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相，反之則反相。當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，它的輸入信號(hào)電壓和輸出信號(hào)電壓的關(guān)系是：Uu-u=廣 〔1〕od式中Aod是運(yùn)放器的放大倍數(shù)，Aod是非常大的，可達(dá)幾十萬(wàn)倍，這是運(yùn)算放大器和差分放大器的區(qū)別，而且集成運(yùn)放器的兩個(gè)輸入端對(duì)地輸入阻抗非常高，一般達(dá)幾百千歐到幾兆歐，因此在實(shí)際應(yīng)用中，常常把集成運(yùn)放器看成是一個(gè)“理想運(yùn)算放大器”。理想運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要指標(biāo)為：〔1〕差模輸入阻抗為8；〔2〕開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod為8。根據(jù)這兩項(xiàng)指標(biāo)可知，當(dāng)理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，因?yàn)槠漭斎胱杩篂?,因此在其兩個(gè)輸入端均沒(méi)有電流，即在圖1中I1=12=0，如同兩點(diǎn)被斷開(kāi)一樣，這種現(xiàn)象稱為“虛斷”。又因?yàn)锳=3，根據(jù)輸入和輸出端的關(guān)系：U-U=二，所以認(rèn)為運(yùn)放的同相od pnAod輸入端與反相輸入端兩點(diǎn)的電壓相等，如同將該兩點(diǎn)短路一樣。這種現(xiàn)象成為“虛短”?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔抢硐脒\(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)重要結(jié)論，常常作為分析許多運(yùn)放電路的出發(fā)點(diǎn)。當(dāng)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，則“虛短”現(xiàn)象不復(fù)存在。I3同相輸入端七 s”反相輸入端*o.圖1集成運(yùn)算放大器1.2二階低通電路二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖2所示:

"0"0圖2 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(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率f>>f0時(shí)〔f0為截止頻率〕，電路的每級(jí)RC電路的相移趨于-90°，兩級(jí)RC電路的移相到-180°，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過(guò)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(hào)將起著削弱輸入信號(hào)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(hào)通過(guò)。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為：A(s)=XM= AVF V(s) 1+(3-AQsCR+(sCR)2令 A0=A” 稱為通帶增益Q=——-——稱為等效品質(zhì)因數(shù)3-AVF1?= 稱為特征角頻率cRCA①2則A(S)= ①S2+—nS+①2Qc上式為二階低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式注：當(dāng)3-A^>o，即常<3時(shí)濾波電路才能穩(wěn)定工作。1.3課設(shè)電路及計(jì)算根據(jù)本次課設(shè)要求，電路工作電壓為15V,所以選用LM741芯片作為理想放大器；系統(tǒng)增益為0dB,所以將理想放大器反相輸入端直接接到輸出端，此時(shí)電路等效品質(zhì)因數(shù)Q=0.5；1 …一…，系統(tǒng)帶寬10KHz，即，0=10kHz，所以選取電容值為10nF，由R=——-得此時(shí)電阻值為1.6KQ。具體電路圖如圖30所示。第二章所用元器件2.1電阻采用碳膜電阻器，阻值穩(wěn)定性較好，阻值范圍寬，溫度系數(shù)較好，成本低，價(jià)格廉價(jià)。大小為1.6KQ。2.2電容采用金屬化紙介電容器，體積小，容量可做得大，溫度系數(shù)大，內(nèi)部紙介擊穿后有自愈作用。大小為10nF。2.3集成運(yùn)算放大器LM741⑴引腳共8個(gè)引腳，其中引腳2和引腳3分別為反相輸入端和同相輸入端，6為輸出端，7、4分別接正、負(fù)直流電源，1、5之間接調(diào)零電位器，引腳8為空?！?〕主要技術(shù)指標(biāo)：參數(shù)LM741最小典型最大輸入失調(diào)電壓1.05.0輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電流20200輸入失調(diào)電流溫漂輸入偏置電流80500輸入電阻0.32.0輸入電壓范圍大信號(hào)電壓增益50200輸入電壓幅度+-12+-10+-14+-13共模抑制比7090轉(zhuǎn)換速率0.5電源電流1.72.8電源電壓+-22允許功耗+-500差模輸入電壓+-30工作溫度范圍-55?125

第三章仿真情況XSC1tz4-C154-U1C21：0nF1.6kQ2XBP1-+■XSC1tz4-C154-U1C21：0nF1.6kQ2XBP1-+■圖4仿真電路圖3.1當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為2kHz〔＜10kHz〕時(shí)，輸出波形與輸入波形基本一致。見(jiàn)圖5紅色為輸入波形，橘黃色為輸出波形。

圖5正常的輸入輸出波形3.2當(dāng)輸入信號(hào)的頻率大于截止頻率時(shí)，選取f=30kHz,輸出信號(hào)較輸入信號(hào)已有明顯的衰減。見(jiàn)圖6其中紅色為輸入波形，橘黃色為輸出波形，很明顯，基本上已經(jīng)沒(méi)有輸出了。鴦費(fèi)信號(hào)發(fā)生蜀-X21袤共 _nF圖鴦費(fèi)信號(hào)發(fā)生蜀-X21袤共 _nF圖6基本全部截止的輸出波形3.3輸出函數(shù)波特圖圖7輸出函數(shù)波特圖第四章課設(shè)總結(jié)4.1心得體會(huì)實(shí)習(xí)了兩個(gè)星期的，我們學(xué)會(huì)了很多東西，培養(yǎng)了動(dòng)手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)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(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！4.2個(gè)人答辯問(wèn)題問(wèn)題：〔1〕設(shè)計(jì)所用的集成運(yùn)算放大