二階濾波器的課程設(shè)計

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計報告</p><p>　　題 目：模擬濾波器的設(shè)計</p><p>　　專業(yè)年級：2013級通信工程1班</p><p><b>　　組 員：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　201

2、5 年 12 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計任務(wù)及要求1</p><p><b>　　1.1設(shè)計任務(wù)1</b></p><p><b>　　1

3、.2設(shè)計要求1</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2</p><p>　　2.1二階壓控電壓源低通濾波器2</p><p>　　2.2二階無線增益多路反饋高通濾波器3</p><p>　　第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算3</p><p>　　3.1二階壓控電壓源低通濾波器設(shè)計及參數(shù)

4、計算3</p><p>　　3.2二階無線增益多路反饋高通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算4</p><p>　　3.3二階壓控電壓源帶通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算6</p><p>　　第四章 電路仿真及結(jié)果7</p><p>　　4.1二階壓控電壓源低通濾波電路仿真及結(jié)果7</p><p>　　4.2二階無線增益多路反饋高

5、通濾波電路仿真及結(jié)果10</p><p>　　4.3二階壓控電壓源帶通濾波電路仿真及結(jié)果12</p><p>　　第五章 電路原理圖及PCB圖14</p><p>　　5.1二階低通濾波器原理圖及PCB圖14</p><p>　　5.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖15</p><p>　　5.3二階帶通濾波

6、器原理圖及PCB圖16</p><p>　　第六章 實驗結(jié)論17</p><p>　　第七章 實驗心得體會與總結(jié)18</p><p>　　附錄一 元件清單18</p><p>　　附錄二 實物圖19</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　當(dāng)

7、今時代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個近代學(xué)科門類和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有不可或缺的核心地位。同時在國家的事業(yè)中發(fā)揮了重大作用，只有科技才能使一個國家變得真正強(qiáng)大。作為一名大學(xué)生不僅僅要努力學(xué)習(xí)理論知識，還要把理論運(yùn)用到實踐中去，做到學(xué)以致用。</p><p>　　濾波器是一種使用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。濾波一般可分為

8、有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設(shè)計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，而且體積較大。本文根據(jù)實際要求設(shè)計三種濾波器，分別是二階低通、高通、帶通有源濾波器，采用Atlium Designer和仿真軟件Multisim13對二階有源濾波電路進(jìn)行仿真分析、調(diào)試，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　第一章 課程設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><b&g

9、t;　　1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1、學(xué)習(xí)RC有源濾波器的設(shè)計方法；</p><p>　　2、由濾波器設(shè)計指標(biāo)計算電路元件參數(shù)；</p><p>　　3、設(shè)計二階RC有源濾波器；</p><p>　　4、掌握有源濾波器的測試方法；</p><p>　　5、測量有源濾波器的幅頻特性。<

10、/p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1、設(shè)計一個二階壓控電壓源低通濾波器，要求截止頻率fc=2kHz，增益Av=2。</p><p>　　2、設(shè)計一個二階無限增益多路反饋高通濾波器，要求截止頻率fc=100Hz,增益Av=5。</p><p>　　3、設(shè)計一個二階壓控電壓源帶通濾波器，要求中

11、心頻率fo=1kHz,增益Av=2,品質(zhì)因數(shù)Q=10。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成及工作原理</p><p>　　2.1二階壓控電壓源低通濾波器</p><p>　　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負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性

12、不相同，當(dāng)信號頻率f>>fc時（fc為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于-90º，兩級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，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，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，只允許低頻端信號通過。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。</p><p&

13、gt;　　傳輸函數(shù)為： </p><p>　　令 稱為通帶增益 </p><p>　　稱為等效品質(zhì)因數(shù) </p><p><b>　　稱為特征角頻率 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p>

14、;　　注：濾波電路才能穩(wěn)定工作。</p><p>　　2.2二階無線增益多路反饋高通濾波器</p><p>　　二階有源高通濾波基礎(chǔ)電路：</p><p>　　與壓控電壓源高通濾波電路類似，無限增益多路反饋濾波電路也是通過增加RC環(huán)節(jié)，使得濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率值加大，電路圖如圖所示。在無限增益多路反饋電路中，運(yùn)算放大器為反向輸入接法，由于放大器的開環(huán)增益為無

15、限大，反向輸入端可以視為虛地，輸出端通過C3、R2的連接，改善f0附近的頻率特性，形成兩條反饋支路，實現(xiàn)的一路反饋的效果，故稱這種電路為無限增益多路反饋電路，其優(yōu)點是電路有倒相作用，使用元件較少，但增益調(diào)節(jié)不太方便，對其他性能參數(shù)有一定的影響，其應(yīng)用范圍比壓控電壓源電路要小。</p><p>　　第三章 電路設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇 </p><p>　　3.1二階壓控低通濾波器設(shè)計及參數(shù)

16、計算</p><p>　　圖 3.6.7 實驗電路圖 圖3.6.8 實驗電路的幅頻特性</p><p>　　3.2二階無線增益多路反饋高通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算</p><p>　　圖 3.6.9 實驗電路圖 圖3.6.10 實驗電路的幅頻特性</p><p>　　

17、3.3二階壓控電壓源帶通濾波器設(shè)計及參數(shù)計算</p><p>　　圖 3.6.12 實驗電路圖 圖3.6.13 實驗電路的幅頻特性</p><p>　　第四章 電路仿真及仿真結(jié)果</p><p>　　4.1二階壓控電壓源低通濾波電路仿真及結(jié)果</p><p><b>　　仿真電路圖如下：&l

18、t;/b></p><p>　　輸入Ui為100mV時，f=300Hz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=1kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=2kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=20kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　4.2二階無線增益多路反饋高通濾波電路仿真及結(jié)

19、果</p><p><b>　　仿真電路圖如下：</b></p><p>　　輸入Ui為100mV時，f=50Hz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=100Hz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=1kHz時的仿真輸出波形:</p><p>　　4.3二階壓控電壓源帶通濾波電路仿真及

20、結(jié)果</p><p><b>　　仿真電路圖如下：</b></p><p>　　輸入Ui為100mV時，f=1.3kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=1.41kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　f=1.52kHz時的仿真輸出波形：</p><p>　　第五章 電路原理圖及

21、PCB圖</p><p>　　5.1二階低通濾波器原理圖及PCB圖</p><p>　　5.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖</p><p>　　5.2二階高通濾波器原理圖及PCB圖</p><p><b>　　實驗結(jié)論</b></p><p><b>　　二階低通濾波器：</b&

22、gt;</p><p>　　理論上,當(dāng)輸入電壓為100mV時,f<2kHz=時，輸出為輸入的2倍即200mV，f=2kHz時,輸出約為輸入的1.4倍即141mV，f>2kHz時輸出減小逐漸趨于0。</p><p>　　但實際上，經(jīng)過我們不斷地調(diào)試，使波形最好，在誤差允許的范圍內(nèi)，最終根據(jù)上表格中的數(shù)據(jù)，算得增益大約為2.5，截止頻率為3k左右。誤差可能的原因是元件的標(biāo)稱值和理論

23、值存在的誤差，以及儀器本身存在的誤差。</p><p><b>　　二階高通濾波器：</b></p><p>　　理論上,當(dāng)輸入電壓為100mV時,f>100Hz=時，輸出為輸入的5倍即500mV，f=100Hz時,輸出約為輸入的1.4倍即353mV，f<100Hz時,輸出減小逐漸趨于0。</p><p>　　但實際上，測得增益約為

24、3.05，截止頻率為42Hz左右，基本符合高通濾波器特性。在測量過程中，我們發(fā)現(xiàn)隨著頻率的升高，信號發(fā)生器的輸出幅度在下降，出現(xiàn)濾波器的輸入信號與輸出信號同時下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因可能是，由于信號源的輸出幅度下降引起的。我們還發(fā)現(xiàn)，測高頻端電壓增益時出現(xiàn)增益也下降的現(xiàn)象，經(jīng)過查資料知，這主要是集成運(yùn)放的高頻響應(yīng)或者截止頻率受到限制所引起的。</p><p><b>　　實驗心得體會與總結(jié)</b&g

25、t;</p><p><b>　　心得體會：</b></p><p>　　通過這次設(shè)計三種濾波器，我學(xué)到很多。首先，運(yùn)用公式及專業(yè)知識，對要求設(shè)計的參數(shù)進(jìn)行計算；其次，靈活地運(yùn)用仿真軟件Multisim13，對計算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，數(shù)據(jù)基本符合要求；然后，用Atlium Designer對實驗電路做出PCB板，測量電阻，焊接；最后，連接信號源及示波器進(jìn)行調(diào)試。<

26、;/p><p>　　通過對數(shù)據(jù)的處理計算后，實驗數(shù)據(jù)是基本符合要求的。這次課程設(shè)計加強(qiáng)了我對自己專業(yè)的認(rèn)識，就比如說，設(shè)計出來的電路在理論上是可行的，但是實際做出來的板子開始會沒有波形出現(xiàn)，這時我們就根據(jù)濾波器的原理，不斷地調(diào)試電阻，電容，使測得的數(shù)值，在誤差允許的范圍內(nèi)，基本符合理論結(jié)果。在仿真過程中，對Multisim13軟件，本身存在的誤差表示不解，設(shè)置信號源輸出的幅度是100mV,而再連接示波器之后，卻顯示1

27、40mV，之后詢問同學(xué)，說仿真軟件本身也存在誤差。在電路調(diào)試的過程中，我們還遇到了很多問題，為了調(diào)試方便，我們采用的都是電位器，焊接時，器件的虛焊導(dǎo)致線路斷路，通過用萬用表的短接功能對電路進(jìn)行測試等等。所以在這次理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計中，我收獲頗多。</p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我認(rèn)識到只有認(rèn)真仔細(xì)地去琢磨每一個知