二階低通濾波器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　起止日期： 2010年12月24日 至 2010年12月31日</p><p><b>　　電子與信息工程系</b></p><p>　　2011年 1

2、月 2日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 電路設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1 集成運(yùn)算放大器1</p><p>　　1.2 二階低通電路1</p><p>　　1.3 課設(shè)電路及計(jì)算3</p><p>　　第二章 所用元器件

3、3</p><p><b>　　2.1 電阻3</b></p><p><b>　　2.2 電容3</b></p><p>　　2.3 集成運(yùn)算放大器LM7414</p><p>　　第三章 仿真情況5</p><p>　　第四章 課設(shè)總結(jié)7</p>

4、<p>　　4.1 心得體會(huì)7</p><p>　　4.2 個(gè)人答辯問題8</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)8</b></p><p><b>　　第一章 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1 集成運(yùn)算放大器</p><p>　　圖1是集成運(yùn)放的

5、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“—”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：</p><p><b>　

6、?。?）</b></p><p>　　式中是運(yùn)放器的放大倍數(shù)，是非常大的，可達(dá)幾十萬倍，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”。</p><p>　　理想運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要指標(biāo)為： </p><p>　　（1）差模輸入阻抗為∞

7、；</p><p>　?。?）開環(huán)差模電壓增益Aod為∞。</p><p>　　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)槠漭斎胱杩篂椤?，因此在其兩個(gè)輸入端均沒有電流，即在圖1中，如同兩點(diǎn)被斷開一樣，這種現(xiàn)象稱為“虛斷”。</p><p>　　又因?yàn)?，根?jù)輸入和輸出端的關(guān)系：，所以認(rèn)為運(yùn)放的同相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

8、種現(xiàn)象成為“虛短”。</p><p>　　“虛短”和“虛斷”是理想運(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。</p><p>　　圖1 集成運(yùn)算放大器</p><p>　　1.2 二階低通電路</p><p>　　二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖2所示：</p>

9、<p>　　圖2 二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路</p><p>　　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-90º，兩級(jí)RC 電路的移相到-180º，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容c 引到集成運(yùn)放同

10、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。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。</p><p><b>　　傳輸函數(shù)為：</b></p><p>　　令 稱為通帶增益 </p><p><b>　　稱為等效品質(zhì)因數(shù)

11、</b></p><p><b>　　稱為特征角頻率 </b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　上式為二階低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式</p><p>　　注： 濾波電路才能穩(wěn)定工作。</p><p>　　1.3 課設(shè)電路及計(jì)算&l

12、t;/p><p>　　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；系統(tǒng)帶寬10KHz，即=10kHz，所以選取電容值為10nF，由R=得此時(shí)電阻值為1.6K。具體電路圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 protel電路圖</p><p>&

13、lt;b>　　第二章 所用元器件</b></p><p><b>　　2.1 電阻</b></p><p>　　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)格便宜。大小為1.6K。</p><p><b>　　2.2 電容</b></p><p>　　采用金

14、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。</p><p>　　2.3 集成運(yùn)算放大器LM741</p><p><b>　?。?）引腳</b></p><p>　　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

15、為空。</p><p>　?。?）主要技術(shù)指標(biāo)：</p><p><b>　　第三章 仿真情況</b></p><p><b>　　圖4 仿真電路圖</b></p><p>　　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。見圖5紅色為輸入波形，橘黃色為輸出

16、波形。</p><p>　　圖5 正常的輸入輸出波形</p><p>　　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)沒有輸出了。</p><p>　　圖6 基本全部截止的輸出波形</p><p>　　3.3 輸出函數(shù)波特圖<

17、/p><p>　　圖7 輸出函數(shù)波特圖</p><p><b>　　第四章 課設(shè)總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1 心得體會(huì)</b></p><p>　　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

18、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，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)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　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)問題，最

19、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！</p><p>　　4.2 個(gè)人答辯問題</p><p>　　問題：（1）設(shè)計(jì)所用的集成運(yùn)算放大器是什么？</p><p>　?。?）頻率f是怎么計(jì)算的？</p><p>　　答：

20、（1）LM741</p><p>　?。?）f=1/(2*pi*R*C)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　康華光，北京：高等教育出版社，2006.1</p><p>　　邵毅全 馬耀庭 SHA等，二階有源低通濾波器設(shè)計(jì)與仿真研究。 學(xué)術(shù)期刊（激光雜志）2009年3期</p>