課程設(shè)計(jì)--無(wú)源濾波器的設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p> 題目無(wú)源濾波器電路設(shè)計(jì)</p><p> 系(部)電子與通信工程系</p><p> 專(zhuān)業(yè)(班級(jí))電氣工程及其自動(dòng)化一班</p><p> 姓名</p><p> 學(xué)號(hào)</p><p> 指導(dǎo)教師<

2、;/p><p> 起止日期2012.12.9-2012.12.14</p><p>  模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(3)</p><p><b>  目錄</b></p><p>  一.無(wú)源濾波器的簡(jiǎn)介4</p><p>  二.無(wú)源濾波器原理與電路分析5</p><p>

3、;<b>  三.電路仿真6</b></p><p>  1.1無(wú)源低通濾波器6</p><p>  1.2無(wú)源高通濾波器8</p><p>  1.3無(wú)源帶通濾波器10</p><p>  1.4無(wú)源帶阻濾波器13</p><p>  四.設(shè)計(jì)心得與體會(huì)15</p>&

4、lt;p><b>  參考文獻(xiàn):</b></p><p>  彭介華,《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》,北京:電子工業(yè)出版社,2005;</p><p>  童詩(shī)白,《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》,北京:高等教育出版社,1988;</p><p

5、>  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>  本課程教材</b></p><p>  一.無(wú)源濾波器的簡(jiǎn)介</p><p>  無(wú)源濾波器,又稱(chēng)LC濾波器,是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路,可濾除某一次或多次諧波,最普通易于采用的無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián),可對(duì)

6、主要次諧波(3、5、7)構(gòu)成低阻抗旁路;單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無(wú)源濾波器。 </p><p>  無(wú)源濾波器的優(yōu)點(diǎn):無(wú)源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),至今仍是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。</p><p>  無(wú)源濾波器的分類(lèi):無(wú)源濾波器主要可以分為兩大類(lèi):調(diào)諧濾波器和高通濾波器。</p><p>  調(diào)諧濾波

7、器包括單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器,可以濾除某一次(單調(diào)諧)或兩次(雙調(diào)諧)諧波,該諧波的頻率稱(chēng)為調(diào)諧濾波器的諧振頻率;</p><p>  高通濾波器也稱(chēng)為減幅濾波器,主要包括一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波器和c型濾波器,用來(lái)大幅衰減低于某一頻率的諧波,該頻率稱(chēng)為高通濾波器的截止頻率。 </p><p>  無(wú)源濾波器的發(fā)展歷程:1917年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器

8、,次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)?!?0世紀(jì)50年代無(wú)源濾波器日趨成熟。  自60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展,濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階,并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力,其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開(kāi)關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展; 到70年代后期,上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來(lái)并得到應(yīng)用。

9、  80年代,致力于各類(lèi)新型濾波器的研究,努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍?!?0年代至現(xiàn)在主要致力于把各類(lèi)濾波器應(yīng)用于各類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制。</p><p>  二.無(wú)源濾波器原理與電路分析</p><p>  根據(jù)幅頻特性所表示的通過(guò)或阻止信號(hào)頻率范圍的不同,濾波器可分為低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、和帶阻濾波器(BEF)四種。圖分別為四種濾波器的實(shí)

10、際幅頻特性的示意圖。</p><p>  濾波器是對(duì)輸入信號(hào)的頻率具有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),它允許某些頻率(通常是某個(gè)頻率范圍)的信號(hào)通過(guò),而其它頻率的信號(hào)幅值均要受到衰減或抑制。這些網(wǎng)絡(luò)可以由RLC 元件或RC 元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器,也可由RC 元件和有源器件構(gòu)成的有源濾波器。</p><p>  濾波器的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jω),又稱(chēng)為正弦傳遞函數(shù)。它可用下式表示:  </p>

11、<p>  式中A(ω)為濾波器的幅頻特性,θ(ω)為濾波器的相頻特性。它們均可通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)量。 </p><p>  低通濾波電路,其幅頻響應(yīng)如圖(a)所示,圖中|H(jωC)|為增益的幅值,K為增益常數(shù)。由圖可知,它的功能是通過(guò)從零到某一截止頻率ωC的低頻信號(hào),而對(duì)大于ωC的所有頻率則衰減,因此其帶寬B=ωC.</p><p>  高通濾波電路,其幅頻響應(yīng)如圖(b)

12、所示.由圖可以看到,在0<ω<ωC范圍內(nèi)的頻率為阻帶,高于ωC的頻率為通帶。</p><p>  帶通濾波電路,其幅頻響應(yīng)如圖(c)所示。圖中ωCl為下截止頻率,ωCh為上截止頻率,ω0為中心頻率。由圖可知,它有兩個(gè)阻帶:0<ω<ωCl和ω>ωCh,因此帶寬B=ωCh-ωCl。</p><p>  帶阻濾波電路,其幅頻響應(yīng)如圖(d)所示。由圖可知,它有兩個(gè)通帶

13、:0<ω<ωCl及ω>ωCh和一個(gè)阻帶ωCl<ω<ωCh。因此它的功能是衰減ωCl到ωCh間的信號(hào)。通帶ω>ωCh也是有限的。</p><p>  帶阻濾波電路阻帶中點(diǎn)所在的頻率ωZ叫零點(diǎn)頻率。</p><p>  二階基本節(jié)低通、高通、帶通和帶阻濾波器的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)分別為:</p><p>  低通

14、 高通</p><p>  帶通 帶阻</p><p>  式中K、ωp、ωz和Qp分別稱(chēng)為增益常數(shù)、極點(diǎn)頻率、零點(diǎn)頻率和極偶品質(zhì)因數(shù)。正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可分別寫(xiě)成</p><p>  低通 高通</p><p>  帶通 帶阻</p><p&

15、gt;<b>  各濾波器的電路圖:</b></p><p><b>  三.電路仿真</b></p><p>  1.1 無(wú)源低通濾波器</p><p><b>  原理圖如下:</b></p><p>  從圖中可以看出截止頻率,表明此濾波器可以濾掉頻率超過(guò)5.878KH

16、z的波。</p><p>  根據(jù)二階基本節(jié)低通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式:</p><p>  可得增益常數(shù)K=1,極點(diǎn)頻率和極偶品質(zhì)因數(shù)。</p><p>  正弦穩(wěn)態(tài)時(shí),電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫(xiě)成:</p><p><b>  幅值函數(shù)為:</b></p><p><b>  由上式可

17、知:</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p>  可見(jiàn)隨著頻率升高幅值函數(shù)值減小,該電路具有使低頻信號(hào)通過(guò)的特性</p><p&g

18、t;  1.2無(wú)源高通濾波器</p><p><b>  原理圖如下:</b></p><p>  從圖中可以看出截止頻率,可以濾掉頻率低于44.499KHz的波.</p><p><b>  電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)為:</b></p><p>  根據(jù)二階基本節(jié)高通濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的典型表達(dá)式:</

19、p><p>  可得增益常數(shù)K=1,極點(diǎn)頻率,極偶品質(zhì)因數(shù)。</p><p>  正弦穩(wěn)態(tài)時(shí),電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫(xiě)成:</p><p><b>  幅值函數(shù)為:</b></p><p><b>  由上式可知:</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí), </b>

20、;</p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p>  可見(jiàn)隨著頻率增加幅值函數(shù)增大,該電路具有使高頻信號(hào)通過(guò)的特性</p><p>  1.3無(wú)源帶通濾波器</p><p><b>  原理圖如下:</

21、b></p><p>  從圖中可以看出中心頻率.</p><p>  但是老師初次檢查后發(fā)現(xiàn)有帶寬過(guò)寬等問(wèn)題,于是我做了以下修正:</p><p><b>  修正后的仿真圖:</b></p><p>  即R1改為100Ω,R2改為1000Ω,C1改為1μF,C2改為0.1μF</p><p

22、>  然后經(jīng)測(cè)試之后的仿真圖為:</p><p>  可以測(cè)出通帶寬度B=11876.701Hz</p><p>  正弦穩(wěn)態(tài)時(shí),電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫(xiě)成:</p><p><b>  幅值函數(shù)為:</b></p><p>  當(dāng)時(shí),稱(chēng)為帶通濾波器的中心頻率,即</p><p>  截止頻率是幅值

23、函數(shù)自下降3db(即)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。由|H(jω)|的表達(dá)式可得</p><p><b>  對(duì)上式求解得</b></p><p>  ,分別稱(chēng)為上截止頻率和下截止頻率。</p><p><b>  通頻帶寬度B為</b></p><p><b>  品質(zhì)因數(shù)Q為</b>&l

24、t;/p><p>  可見(jiàn)二階帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q等于極偶品質(zhì)因數(shù)Qp。Q是衡量帶通濾波器的頻率選擇能力的一個(gè)重要指標(biāo)。</p><p>  由|H(jω)|的表達(dá)式可知:</p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p><b>  當(dāng)時(shí),</b></p><p>

25、  當(dāng)時(shí),信號(hào)頻率偏離中心頻率越遠(yuǎn),幅值函數(shù)衰減越大。由于品質(zhì)因數(shù)</p><p><b>  于是通帶寬度</b></p><p>  1.4無(wú)源帶阻濾波器</p><p><b>  原理圖如下:</b></p><p>  由圖可以看出中心頻率f=1.389MHz</p><

26、;p>  經(jīng)老師初次檢查后,發(fā)現(xiàn)阻帶過(guò)寬,于是我做了以下修正:</p><p>  即C1改為100nf ,C2也改為100nf。然后得到以下仿真圖:</p><p>  可以測(cè)出阻帶寬度B=6679.053Hz.</p><p>  正弦穩(wěn)態(tài)時(shí),電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)可寫(xiě)成:</p><p><b>  幅值函數(shù)為:</b>

27、;</p><p>  當(dāng)時(shí),稱(chēng)為帶阻濾波器的中心頻率,即</p><p>  截止頻率是幅值函數(shù)自下降3db(即)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。由|H(jω)|的表達(dá)式可得</p><p><b>  對(duì)上式求解得</b></p><p>  ,分別稱(chēng)為上截止頻率和下截止頻率。</p><p><b&g

28、t;  阻頻帶寬度B為</b></p><p><b>  品質(zhì)因數(shù)Q為</b></p><p><b>  然后可知阻帶寬度</b></p><p><b>  設(shè)計(jì)心得與體會(huì)</b></p><p>  這次課程設(shè)計(jì)的課題是無(wú)源濾波器的設(shè)計(jì),包括低通濾波器、高通

29、濾波器 、帶通濾波器 、帶阻濾波器,在設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了很多資料,包括課本以及課外的書(shū)本,同時(shí)也咨詢(xún)了同學(xué)和老師才勉強(qiáng)完成了這個(gè)報(bào)告,當(dāng)真是十分不容易。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),了解了無(wú)源濾波器的原理以及與無(wú)源濾波器的區(qū)別,也能初步計(jì)算出其參數(shù)值。剛開(kāi)始對(duì)無(wú)源濾波器的了解很少,然后我便查閱了一些資料做一些初步了解,然后再根據(jù)資料初步設(shè)計(jì)了這里的電路。我相信這就是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程,查閱資料也是一項(xiàng)非常重要的學(xué)習(xí)能力,作為一個(gè)學(xué)生,我想治學(xué)就一定要嚴(yán)

30、謹(jǐn),我們不是藝術(shù)家,可以用想象力憑空馳騁,支撐我們的一定要是理論知識(shí),我們做的一切事情一定要有理有據(jù),有理可循,憑空捏造肯定是行不通的,僅僅只是想法,沒(méi)有實(shí)際理論的支持,那么它永遠(yuǎn)也只能存在于你的腦海,只是一個(gè)構(gòu)想,而不可能成為一個(gè)合理的設(shè)計(jì)。然后再使用Multisim進(jìn)行初步仿真模擬,因?yàn)榈谝淮问褂眠@個(gè)軟件,而且是全英文界面,這對(duì)我的整個(gè)仿真過(guò)程造成了不小的麻煩,不過(guò)還是通過(guò)一天的努力終于把4個(gè)電路圖的仿真全部做好了,當(dāng)時(shí)真的是松了一

31、口氣。當(dāng)初我還擔(dān)心我做不來(lái)這個(gè)設(shè)計(jì),但是當(dāng)我把仿真做好的時(shí)候,</p><p>  在設(shè)計(jì)課程過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的,但我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái),并分析清楚,以免下次再碰到同樣的問(wèn)題的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了,但是從中學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問(wèn)題和實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計(jì)過(guò)程,好比是我們?nèi)祟?lèi)成長(zhǎng)的歷程,常有一些不如意的事,但畢竟這是第一次做,難免會(huì)遇到各種

32、各樣的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處,對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固。我們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料,并請(qǐng)叫同學(xué)老師,交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué),使自己學(xué)到了不少知識(shí),也經(jīng)歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處,雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌握,但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑,經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣,我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過(guò)這次設(shè)計(jì),我懂得了

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