四階帶通濾波器

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師專業(yè)班級學(xué)院賈立新電氣工程及其自動化0902信息工程學(xué)院提交日期2011年11月1日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章設(shè)計(jì)題目 11.1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 12.1總方案設(shè)計(jì) 12.1.1方案框圖 12.1.2原理圖設(shè)計(jì) 12.2單元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 2\o"CurrentDocument"2.2.1二階低通濾波器 22.2.2二階高通濾波器 3\o"CurrentDocument"2.3元器件選擇 4\o"CurrentDocument"第三章電路的組裝與調(diào)試 5\o"CurrentDocument"MultiSim電路圖 5\o"CurrentDocument"MultiSim仿真分析 53.1.1四階低通濾波器 53.1.2四階高通濾波器 53.1.3總電路圖 63.3實(shí)際測試結(jié)果 6第四章設(shè)計(jì)總結(jié) 6附錄 附錄I元件清單 附錄IIProtel原理圖 附錄IIIPCB圖（正面） 附錄WPCB圖（反面） 參考文獻(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，通帶增益七=1,f=1kHz，f=2kHz，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)要求用Protel99畫出原理圖，計(jì)算各元件參數(shù)，各元件參數(shù)選用標(biāo)稱值;用Mutisum對電路進(jìn)行仿真，給出幅頻特性的仿真結(jié)果；在面包板上搭接實(shí)際電路，并測試濾波器的幅頻特性；撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。第二章設(shè)計(jì)方案2.1方案設(shè)計(jì)2.1.1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圖2.1.1四階帶通濾波器總框圖2.1.2原理圖設(shè)計(jì)本原理圖根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖組成了4個二階濾波器，上面兩個分別為f=2kHz，Q=0.541，A=1的低通濾波器和f=2kHz,Q=1.306，A=1的低通濾波器；下面兩個分別為f=1kHz，Q=0.541，A=1的高通濾波器和f=1kHz，Q=1.306,A=1的高通濾波器，其中P1、P2、P3作為接線座用來接線，原理圖如圖2.1.2，具體參數(shù)計(jì)算見2.2節(jié)。

2.2單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1二階低通濾波器二階無限增益多重反饋低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖2.2.1所示。該濾波器電路是有%,C】低通級以及R3,C2.2單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1二階低通濾波器二階無限增益多重反饋低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖2.2.1所示。該濾波器電路是有%,C】低通級以及R3,C2積分器級組成，這兩級電路表現(xiàn)出低通特性。通過R2的正反饋對Q進(jìn)行控制。根據(jù)對電路的交流分析，求得傳遞函數(shù)H(s)為H(s)=-1RRCC(1 1 1\s2+ +一+一+IR1 R2 R3)RRCC將上式與二階低通濾波器傳遞函數(shù)H(s)=2圖2.2.1二階低通濾波器示意圖比較得1RO=JH=--2c:CCRR0 R12 2 31Q= ,Jc./c2 ,v'RRR2+(RR+\：RR2 3 1 3 2 2 3直接采用這三個公式來計(jì)算C,C,R,R,R3的值是非常困難。為了簡化運(yùn)算步驟，先給C2確定一個合適的值，然后令C廣nC2，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€公式推得各電阻值的計(jì)算公式：

1+偵1-4Q2(1+A)n取n=4Q2(1+A)，上式可進(jìn)一步簡化為2wQCA「，可得到濾波器中各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算公式為CC=4Q2(1+A)C1 2R=RJ(2QA)由此可見，只要確定C2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C的容量，再用R=1/2兀fC公式計(jì)算基準(zhǔn)電阻R。選取C值為a)2 0 c2 0 23300pF,則基準(zhǔn)電阻r=1/2兀fC=14.2kO。計(jì)算C的電容值，C=4Q2(1+A)C=7726pF。計(jì)算R的電阻值，R=R/(2QA)=22.29kQ。計(jì)算r的電阻值，R=AxR=22.29k。。計(jì)算A’的電阻值，R=R/[2Q(1+A)]=11.14kO。由于需要取標(biāo)稱，這里取1%精度的金屬膜電阻的標(biāo)稱值。這里C取這里C取7750pF，R取22.1k。，R取22.1k。，R取11k。圖2.2.2圖2.2.2二階高通濾波器示意圖同理可計(jì)算當(dāng)Q=1.306,C=3300pF時各項(xiàng)參數(shù)R=9.23k。，取標(biāo)稱值9.31k。。R=9.23k。，取標(biāo)稱值9.31k。。R6=4.64k。，取標(biāo)稱值4.64k。。C=45028pF，取標(biāo)稱值47nF。2.2.2二階高通濾波器二階無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C0=0.033口F，Q=0.541時，則基準(zhǔn)電阻R=1/2兀fC=16.076k。。各元件的參數(shù)計(jì)算如下：C1=C2=C0=0.033rFC3=CJA=0.033rF。R=R/[2Q(1+A)]=2.97k。。取標(biāo)稱值3k。。R=R/[2Q(1+2A)]=7.83k。。取標(biāo)稱值7.87k。。則原理圖中R=3k。，R=7.87k。，C=C6=C=0.033RF。同理當(dāng)C0=0.033RF,Q=1.306時，計(jì)算的各元件參數(shù)C8=C9=C10=0.033rF。R=1.23k。，取標(biāo)稱值1.24k。。R0=18.9k。，取標(biāo)稱值19.1k。。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)稱值，見附錄清單。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，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)用場合。其引腳功能：(見表2.3)腳號腳名與能腳號腳￥功能1Output1輸出15Non-invertinginput2正向輸入22Invertinginpm1反向輸入16Invertinginput2反向輸入￡3Non-inveitinginput1正向輸無17Oulpul2輸出24Vct>電源-8電源+表2.3TL082引腳功能其引腳圖如下：(見圖2.3)圖2?3TL082引腳圖

第三章電路的組裝與調(diào)試3.1MultiSim電路圖在MultiSim里畫出電路圖如圖3.1,分別測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通過仿真在增益下降3dB時截止頻率為圖3.1四階帶通濾波器仿真電路圖通過仿真在增益下降3dB時截止頻率為1.998kHz。如圖3.2.1圖3.2.1四階低通濾波器幅頻響應(yīng)3.2.2四階高通濾波器通過仿真在增益下降3dB時截止頻率為993.639Hz。如圖3.2.2圖3.2.2四階高通濾波器幅頻響應(yīng)MultiSim仿真分析3.2.1四階低通濾波器3.2.3總電路圖(見圖3.2.3)通過仿真在增益下降3dB時截止頻率分別為987.46Hz、1.994kHz。如圖3.2.3(a)(b)圖3.2.3(a)四階帶通濾波器幅頻響應(yīng)圖3.2.3(b)四階帶通濾波器幅頻響應(yīng)3.3實(shí)際測試結(jié)果測試是在面包板上搭好電路，示波器用的是TDS1002型號測試，輸入信號是正弦信號，Vpp2V，數(shù)據(jù)如表3.3。第四章設(shè)計(jì)總結(jié)第四章設(shè)計(jì)總結(jié)fi/kHz0.100.200.400.600.800.900.101.101.201.40vo/V0.040.050.080.250.640.921.221.421.581.73fi/kHz1.601.801.902.002.102.202.402.602.802.90vo/V1.771.691.611.541.421.301.000.830.630.46表3.3有源帶通濾波器實(shí)際測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析：通過數(shù)據(jù)可以看出輸出電壓存在衰減，但輸出信號大致和仿真時圖形一致。存在的誤差主要來于所使用的元件參數(shù)不是理論計(jì)算出來的值，同時也存在儀器誤差，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。本次課程設(shè)計(jì)由于是個人獨(dú)立選定課題，所以在此過程的開始時基本上所有人都在自己獨(dú)立思考，同時又由于設(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)然付出中會有收獲，本次課程設(shè)計(jì)讓我弄懂了很多以前感覺模糊的東西，增加了我的自信心，同時也加強(qiáng)了自己的動手能力，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，我的心里充滿了成功的喜悅感。

附錄I元件清單電阻個數(shù)電容（瓷片）個數(shù)電解電容個數(shù)1.24K13.3nF26.8uF23K17.5nF14.64K133nF67.87K147nF19.31K20.1uF211K119.1K12P插線座2運(yùn)放放大器個數(shù)22.1K23P插線座1T