二階有源低通濾波器(課程設(shè)計(jì))

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 題目要求與方案論證1</p><p>　　1.1（設(shè)計(jì)題題目）二階有源低通濾波器1</p><p>　　1.1.1題目要求1</p><p>　　1.1.2 方案論證1</p><p>　　1.2（實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)

2、生器與計(jì)數(shù)器4</p><p>　　1.2.1題目要求4</p><p>　　1.2.2方案論證4</p><p>　　二 電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6</p><p>　　2.1二階有源低通濾波器6</p><p>　　2.2十位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　三 結(jié)果

3、與分析9</p><p>　　3.1二階有源低通濾波器9</p><p>　　3.2二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　四 總結(jié)與體會(huì)12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　一 題目要求與方案論證</p><p&g

4、t;　　1.1（設(shè)計(jì)題題目）二階有源低通濾波器</p><p><b>　　1.1.1題目要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=15，品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。分析電路工作原理，設(shè)計(jì)電路圖，列出電路的傳遞函數(shù)，正確選擇電路中的參數(shù)。</p><p>　　1.1.2 方案論

5、證</p><p>　?。?）：對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理時(shí), 常常會(huì)遇到有用信號(hào)疊加上無用噪聲的問題, 這些噪聲有的是與信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生的, 有的是傳輸過程中混入的。因此, 從接收的信號(hào)中消除或減弱干擾噪聲, 就成為信號(hào)傳輸與處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號(hào)與噪聲的不同特性, 消除或減弱噪聲,提取有用信號(hào)的過程稱為濾波, 實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。</p><p>　　濾波器分為無源濾波器與

6、有源濾波器兩種：</p><p>　?、?無源濾波器:   由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成</p><p>　?、?有源濾波器:   一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無用頻率的信號(hào)

7、，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。</p><p>　　從功能來上有源濾波器分為：   低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、   帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、   全通濾波器（APF）。</p><p>　　其中前四種濾波器間

8、互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　

9、　二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路, 也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設(shè)計(jì)采用壓控電壓源型設(shè)計(jì)課題。</p><p>　　有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示：</p><p>　　圖1 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

10、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，

11、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) </b></p><p><b>　　稱為特征角頻率 </b></p

12、><p><b>　　則</b></p><p>　　上式為二節(jié)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><b>　?。?）芯片介紹：</b></p><p>　　產(chǎn)品型號(hào)：LM324N1.概述與特點(diǎn) LM3

13、24是由四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的電路。它設(shè)計(jì)在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動(dòng)化及光、機(jī)、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：●具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V~30V，雙電源±1.5V~±15V ●內(nèi)含相位校正回路, 外圍元件少●消耗電流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞)●輸入失調(diào)電壓低:±2mV (典型值)

14、0; ●電壓輸出范圍寬：0V ~ Vcc—1.5V  ●共模輸入電壓范圍寬：0V ~ Vcc—1.5V●封裝形式：DIP14 </p><p>　　圖2 LM324N實(shí)物圖 </p><p>　　圖3 LM324N管腳圖</p><p>　　1.2（實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)生器與計(jì)數(shù)器</p>

15、<p><b>　　1.2.1題目要求</b></p><p>　　利用74LS138以及兩片74LS195構(gòu)成模值2－8的程序計(jì)數(shù)器，如CBA輸入111(8分頻)時(shí)，QD端輸出8分頻脈沖</p><p><b>　　1.2.2方案論證</b></p><p>　　表1.二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表</

16、p><p><b>　　芯片介紹：</b></p><p><b>　　LM324M：</b></p><p>　　運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。</p><p>　　LM324M的特點(diǎn)：短跑保護(hù)輸出、真差動(dòng)輸入級(jí)、可單電源工

17、作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。</p><p>　　圖4：LM324M實(shí)物圖</p><p><b>　　74LS90D：</b></p><p>　　74LS90是二－五－十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器， <

18、/p><p>　　從000計(jì)到111為例。先接成加法計(jì)數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時(shí)（既Q4為高電平時(shí)）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0），此時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)到1000時(shí)則立刻置0，從新從0開始計(jì)數(shù)。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。 </p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個(gè)狀態(tài)跳回到</p><p><b>　　000

19、0狀態(tài)。</b></p><p>　?。?） 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　?。?） 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　（3） 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</

20、p><p>　　（4） 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成 </p><p>　　異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　?。?） 清零、置9功能。</p><p><b>　　a) 異步清零</b></p><p>

21、　　當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。</p><p><b>　　b) 置9功能</b></p><p>　　當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001. </p><p>　　圖5

22、：74LS90D管腳圖 圖6：74LS90D真值表</p><p><b>　　74HC4511：</b></p><p>　　圖7：74HC4511引腳圖</p><p>　　二 電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.1二階有源低通濾波器</p><p>

23、　　我們的設(shè)計(jì)題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=15，品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。</p><p>　　由 =0.707可以求得，所以低通濾波器的通帶電壓增 =1.586</p><p>　　選擇C=82nF,選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R=9.09 KΩ，Rf=2.55 KΩ。</p><p>　　要使A0=15,則還須再接一個(gè)放大電路

24、，使得一級(jí)輸出被放大9.43倍，則總增益達(dá)到15左右。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)仿真電路如圖：</b></p><p>　　圖8 二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖</p><p>　　2.2十位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)題目要求利用Multisim軟件畫出如下的電路圖：</p>

25、<p><b>　　圖9 仿真圖電路圖</b></p><p>　　根據(jù)仿真電路的電路圖設(shè)計(jì)出如下的布線圖：</p><p>　　圖10 十位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路模擬電路圖</p><p>　　根據(jù)布線圖焊接了電路板如下圖所示：</p><p>　　圖11 二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器焊接電路板</p>

26、<p><b>　　三 結(jié)果與分析</b></p><p>　　3.1二階有源低通濾波器</p><p>　　圖12 二階有源低通濾波器仿真波形圖（1）</p><p>　　分析上圖知電路的截止頻率在989HZ左右，與題目要求稍微有點(diǎn)偏差，這是由于電阻和電容的設(shè)置存在偏差及兼顧通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)引起的，在誤差允許的范圍之內(nèi)。&l

27、t;/p><p>　　圖13 二階有源低通濾波器仿真波形圖（2）</p><p>　　所加輸入信號(hào)的有效電壓Vi=120mv,波形入Channel-A所示;輸出電壓波形入Channel-B所示，其最大電壓約為2.570V，故輸出電壓的有效電壓值Uo=2.570 x 0.707 =1816.99(mv);由以上分析知通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=Uo/Vi=15.14,和題目要求存在極小偏差，在誤差允

28、許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　綜上所分析得知我組所設(shè)計(jì)的二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求，是正確的。</p><p>　　3.2二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖14 二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器仿真波形圖</p><p><b>　　圖15 仿真過程圖</b></p><p

29、><b>　　表2.誤差分析：</b></p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，當(dāng)可變電阻的值增加時(shí)，周期變大；當(dāng)可變電阻的值減小時(shí)，周期減小。數(shù)值的誤差范圍在測(cè)量允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　誤差原因分析：</b></p>

30、<p>　?。?）電路板上元件的阻值與實(shí)際的電阻值有一點(diǎn)的誤差，得到的結(jié)果與計(jì)算結(jié)果有不同。</p><p>　?。?）電路板焊接時(shí)對(duì)元器件有了一點(diǎn)的影響。</p><p>　?。?）讀數(shù)時(shí)有偏差，連接示波器時(shí)的元件的具體頻率值與電阻值都直接取了整數(shù)，并不是原來的那個(gè)值。因此在具體周期的計(jì)算值上也有不同。</p><p>　?。?）焊接點(diǎn)與線也有一定的

31、電阻。</p><p><b>　　四 總結(jié)與體會(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

32、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

33、感謝！</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><p>　　朱達(dá)群, 施圍著，電子電氣電路仿真。中國(guó)電力出版社 2009<