模擬電子技術(shù)課程設(shè)計----有源低通濾波器電路設(shè)計

1、<p><b>　　《模擬電子技術(shù)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　題　　目 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　系　(部) 　電子與通信工程系 　 </p><p>　　專業(yè)(班級) 　　 10通信一

2、班 　　 　 </p><p>　　模擬電路課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　一．設(shè)計題目</b></p><p>　　有源低通濾波器電路設(shè)計</p><p>　　二．技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求</p><p><b>　　1. 技術(shù)參數(shù)</b></p>&l

3、t;p>　　設(shè)計一個能阻擋高頻信號，輸出低頻信號的有源低通濾波電路；</p><p><b>　　2. 設(shè)計要求</b></p><p>　　根據(jù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計電原理圖;</p><p>　　計算并選擇電路元件及參數(shù)(含電源變壓器)；</p><p>　　仿真調(diào)試電路；舉例說明所設(shè)計的有源高通濾波器的廣泛應(yīng)用，簡要說

4、明電路的工作原理。</p><p>　?。?） 撰寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　三．設(shè)計工作量</b></p><p>　　設(shè)計時間一周，2011年下學(xué)期進行。</p><p><b>　　四．工作計劃</b></p><p>　　星期一：布置設(shè)計任務(wù)，查閱資料

5、；</p><p>　　星期二~星期三：設(shè)計方案論證，進行電路設(shè)計，計算并選擇電路元件及參數(shù)；</p><p>　　星期四：仿真調(diào)試電路</p><p>　　星期五：撰寫設(shè)計報告書，進行個別答辯。</p><p><b>　　五．參考資料</b></p><p>　　彭介華，《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)

6、》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；</p><p>　　童詩白，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><p><b>　　

7、本課程教材</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1第一章 緒論…………………………………………………………7</p><p>　　1.1概述…………………………………………………………………7</p><p>　　1.2設(shè)計分析…………………………………………

8、…………………7</p><p>　　2第二章 低通濾波器 ……………………………………………8</p><p>　　2.1電路圖……………………………………………………………9</p><p>　　2.1.1 Multisi11電路原理圖………………………………………9 </p><p>　　2.1.2 Protel繪圖………………………

9、………………………10 </p><p>　　2.13 Multisim11 電路仿真圖……………………………………11</p><p>　　3 第三章 系統(tǒng)分析……………………………………………12</p><p>　　3.1電路圖的基本介紹………………………………………12</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)的的分析………………………………

10、……………12</p><p>　　3.3存在的不足………………………………………………13</p><p>　　4 第四章 總結(jié)………………………………………………14</p><p>　　5 第五章 參考文獻……………………………………………15</p><p>　　有源低通濾波器電路設(shè)計</p><p>　　摘

11、 要</p><p>　　設(shè)計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，并利用Multisim11仿真軟件對電路的頻率特性、特</p><p>　　征參量等進行了仿真分析，仿真結(jié)果與理論設(shè)計一致，為有源濾波器的電路設(shè)計提供了EDA手段和依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 二階有源低通濾波器；電路設(shè)計自動化；仿真分析；Multisim10</p>

12、;<p>　　第一章 緒 論</p><p><b>　　1.1 概述</b></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，

13、而且體積較大。從濾波器階數(shù)可分為一階和高階，階數(shù)越高，幅頻特性越陡峭。高階濾波器通?？捎梢浑A和二階濾波器級聯(lián)而成。采用集成運放構(gòu)成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調(diào)等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯(lián)。本文根據(jù)實際要求設(shè)計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用EDA仿真軟件Multisim1O對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進行仿真分析、調(diào)試，

14、從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計分析</b></p><p>　　二階有源濾波器的典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　二階有源濾波器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，Y1～Y5為導(dǎo)納，考慮到UP=UN，根據(jù)KCL可求得</p><p>　　式(1)是二階壓控電壓源濾波器傳遞函數(shù)的一般表達式，式中，A

15、uf=1+Rf／R6。只要適當選擇Yi，1≤i≤5，就可以構(gòu)成低通、高通、帶通等有源濾波器。</p><p>　　1．2 二階有源低通濾波器特性分析</p><p>　　設(shè)Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，將其代入式(1)中，得到壓控電壓源型二階有源低通濾波器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　式(2)為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型

16、表達式。其中，ωn為特征角頻率，Q稱為等效品質(zhì)因數(shù)。</p><p>　　2 二階有源低通濾波器的設(shè)計</p><p><b>　　2．1 設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一個壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，要求通帶截止頻率fo=100 kHz，等效品質(zhì)因數(shù)Q=1，試確定電路中有關(guān)元件的參數(shù)值。</p><p&g

17、t;<b>　　2．2 選擇運放</b></p><p>　　設(shè)計要求的截止頻率較高，因此要求運放的頻帶較寬，選用通頻帶較寬的運放，本例選用運放3554AM，帶寬為19 MHz，適合用于波形發(fā)生電路、脈沖放大電路等。輸出電流，達到100 mA，精度高，滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　第二章 低通濾波器</b></p>&

18、lt;p>　　2.1 電路原理圖：</p><p>　　2.1.1 Multisim11 電路原理圖：</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　工程師們可

19、以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程</p><p>　　師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。</p>&l

20、t;p>　　Multisi11電路原理圖： </p><p>　　2.12 Protel繪圖</p><p>　　新建文件后，首先需要添加元件庫，通常我們只需要添加Protel DOS Schematic Libraries ，</p><p>　　添加完后就可以從中選擇我們需要的原件連接電路圖，這里的電路與Multisim11中不同的是不需要過多的考慮電阻的

21、阻值大小，各原件的型號等，因為他們是用來繪制電路的，而不是用來仿真的。照著Multisim11中繪制電路圖如下</p><p><b>　　:</b></p><p>　　繪制完后需要生成報表以檢查電路中是否有錯誤以便改進，步驟是執(zhí)行菜單命令Tool/ERC，接著就好了。</p><p>　　2.13 Multisim11 電路仿真圖</

22、p><p>　　圖2.1.3 電路仿真圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的分析</p><p>　　3.1電路圖的基本介紹 </p><p>　　本電路是一個簡單的二階有源低通濾波器的電路原理圖，因為它是由兩個RC回路構(gòu)成的，所以為二階有緣濾波器，二階電路比起一階電路來，有使信號衰減的跟快的好處，使得波形更加的接近與理論波形，本電路的元器件

23、都使經(jīng)過測算得來的。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)的的分析</p><p>　　一個可以作為低通濾波器的簡單電路包括與一個負載串聯(lián)的電阻以及與負載并聯(lián)的一個電容。電容有電抗作用阻止低頻信號通過，低頻信號經(jīng)過負載。在較高頻率電抗作用減弱，電容起到短路作用。這個區(qū)分頻率（也稱為轉(zhuǎn)換頻率或者截止頻率（Hz））由所選擇的電阻和電容所確定。</p><p>　　或者（弧度

24、每秒）F=1/2*3.14RC</p><p>　　一個理解這個電路的方法是集中于電容充電的時刻。電容通過電阻充放電需要花費一定的時間：</p><p>　　在較低頻率，電容有充足的時間充電直至電壓等同于輸入電壓。 </p><p>　　在較高頻率，電容在輸入電流方向切換之前只能充很少的電量。輸出上下波動的幅度只有輸入信號波動的一小部分。在兩倍的頻率，電容只有充一半

25、電量的時間。 </p><p>　　另外一個理解這個電路的方法是在特定頻率的電抗：</p><p>　　由于直流電不能通過電容器，直流電輸入必須從標為 Vout （類似于去掉電容）的路徑“流出”。 </p><p>　　由于交流電可以很容易地流過電容器——幾乎同流過固態(tài)電線一樣容易——輸入的交流電從電容器“流出”，電容器將它短路到地（類似于使用一根導(dǎo)線替換電容器）。

26、 </p><p>　　需要注意的是電容器不是如上面所解釋的阻斷或接通那樣的一個“開/關(guān)”器件。電容器不斷變化地工作在兩個狀態(tài)之間。波特圖和頻率響應(yīng)可以顯示這個變化。</p><p>　　根據(jù)計算 可得到本電路的理論值為F=1/2*3.14*10nf*680=1120，實際值為905.存在一定的誤差</p><p><b>　　3.3 存在的不足</

27、b></p><p>　　本次課程設(shè)計讓同學(xué)們最大限度的調(diào)動了自主能動性，同學(xué)們的積極性很高，都通過了查資料的方式完成了本次設(shè)計任務(wù)，但其中也存在著不足：</p><p>　　首先是同學(xué)們對Multisim11和Protel兩個制圖軟件的不熟悉，由于實驗室老師不夠，不能逐一講解，導(dǎo)致了了一些時間的浪費。</p><p>　　其次對于個人來說，對低通濾波器的不了

28、解，對相關(guān)知識也不是很熟悉，導(dǎo)致了開始的實驗?zāi)康牟幻鞔_</p><p>　　最后在制圖時，一律追求速度，導(dǎo)致了電路的開始存在很多錯誤</p><p>　　我希望我經(jīng)過這次課程設(shè)計，能對模擬電子技術(shù)這門課程有更濃厚的興趣</p><p>　　第四章 總 結(jié)</p><p>　　本次為時一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束， 通過這次設(shè)計我深刻的認

29、識到了“實踐出真知”的道理。 </p><p>　　其實一開始我剛看到要我做“低通有源濾波器”我的腦子里一遍空白，不知道如何的去做。最后我是在老師的建議下在百度、谷歌上查閱了很多關(guān)于課程設(shè)計的相關(guān)范文和有關(guān)低通濾波器的知識，這才使我有了最開始的規(guī)劃和了解。后來我又想起我們在做信號與系統(tǒng)的實驗時有做過低通，高通，帶通，帶阻的濾波器的相關(guān)實驗，于是我就找了我們信號與系統(tǒng)的老師了解一下我的這課程設(shè)計課題的知識，于

30、是在老師的指導(dǎo)下我的電路圖終于出來了，一個二階有源低通濾波器的電路。開始我對電路中的參數(shù)的設(shè)定不知道怎么辦，在老師的指導(dǎo)下，我知道了通頻帶的求法，于是根據(jù)這個求法，我開始計算比較合適的參數(shù)，我最后把頻率定在了一千多了，為了使阻值和電容為整數(shù)，還做了一下調(diào)整。</p><p>　　電路設(shè)計好了，隨后就是用Multisim11和Protel兩個制圖軟件制作電路圖了，在老師的指導(dǎo)下和同學(xué)的討論下，我的Multisim1

31、1圖還是比較順利的完成了?？墒窃赑rotel的使用上就出現(xiàn)了問題，Protel的使用也是本次試驗的難點，聽完老師的講完后覺得挺容易的，但當自己做時卻不知道怎么下手，去圖書館借書也看不怎么懂，后來在機房上機的時候看到有些同學(xué)熟練的把圖制作好了，于是虛心的請教他們，在他們的講解下，我終于有些明白了，于是我還是順利的完成了Protel</p><p>　　此番經(jīng)歷，收獲不僅是學(xué)習(xí)上的，也得到了做人做事的智慧。某些時候，

32、逆境時幫助人成長的動力，也是磨練人的品性的關(guān)鍵；在遇到困難時，最好的方法不是一味的埋頭苦干，而是在自己找不到方法時向別人請教。</p><p>　　另外在這次課程設(shè)計中，我還認識到了團隊的重要性。本次試驗設(shè)計是五個人一組，需要通過相互的配合并通過討論才能解決一些問題，因為設(shè)計中有些問題一個人是很那解決的，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我也會注重這方面的認識的</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，

33、我懂的了只有通過實踐才能出真知，老是停留在書本上是遠遠不行的，我們以后都要參加工作的，所以要多在實踐中積累經(jīng)驗，以后再工作中才能得心應(yīng)手，我希望學(xué)校多搞一些這樣的活動，只有這樣，我們走出大學(xué)才能有立足之地</p><p><b>　　第五章 參考文獻</b></p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　

34、　彭介華，《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；</p><p>　　童詩白，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><