課程設(shè)計(jì)--- 二階有源低通濾波器_第1頁
已閱讀1頁,還剩12頁未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  課程設(shè)計(jì)(論文)說明書</p><p>  題 目: 二階有源低通濾波器 </p><p>  院 (系): </p><p>  專 業(yè): 電子信息工程 </p><p>  學(xué)生姓名: <

2、/p><p>  學(xué) 號(hào): </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p>  職 稱: </p><p>  20 年 月 日</p><p>  第 1 頁 共

3、 13 頁</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  低通濾波器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻段信號(hào)順利通過,對(duì)高頻段信號(hào)衰減。本次設(shè)計(jì)采用有源濾波器電路(即集成運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考課本《模擬電子電路基礎(chǔ)》以及《OP放大電路設(shè)計(jì)》、《濾波器綜合法設(shè)計(jì)原理》等書籍,最終選擇具有負(fù)反饋的二階有源低通濾波器電路。將電路指標(biāo)定為截止頻率:=5.

4、3k Hz,通帶增益:Av=1。首先推導(dǎo)計(jì)算出相應(yīng)的電阻阻值以及電容容值,經(jīng)過仿真軟件測(cè)試,制做具體電路板,測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證。</p><p>  關(guān)鍵詞:濾波器;低通;二階;截止頻率</p><p><b>  Abstract:</b></p><p>  Low-pass filter function is to achieve the s

5、mooth passage of low-frequency signals, high-band signal attenuation. The design uses an active filter circuit (ie, integrated operational amplifier and the RC network components) design. Refer to their textbooks, "

6、analog electronic circuits based" and "OP amplifier design", "Filter synthesis method design principles" and other books, the final choice has a negative feedback, second-order active low-pass fi

7、lter circuit. Will be set at the circuit cut-o</p><p>  Key words:filter; low-pass; second-order; cut-off frequency </p><p>  第 2 頁 共13 頁</p><p><b>  目 錄</b></p&

8、gt;<p>  引言 …………………………………………………………………………4</p><p>  1 原理分析,公式推導(dǎo) …………………………………………………4</p><p>  1.1 二階低通濾波器原型原理圖………………………………………………………5</p><p>  1.2 傳輸函數(shù)計(jì)算 …………………………………………………

9、…………………5</p><p>  1.3 阻值、容值計(jì)算 …………………………………………………………………6</p><p>  2 元器件選擇 ……………………………………………………………6</p><p>  3 Multisim仿真原理圖及仿真結(jié)果……………………………………6</p><p>  3.1 仿真原件圖…………

10、……………………………………………………6</p><p>  3.2 仿真結(jié)果…………………………………………………………………7</p><p>  3.2.1時(shí)域仿真………………………………………………………………7</p><p>  3.2.2頻域仿真………………………………………………………………7</p><p>  4 pr

11、otel設(shè)計(jì)原理圖及繪制PCB圖……………………………………8</p><p>  4.1 原理圖設(shè)計(jì)………………………………………………………………8</p><p>  PCB圖……………………………………………………………………8</p><p>  5 測(cè)試結(jié)果與分析 ………………………………………………………9</p><p> 

12、 6 結(jié)論 ……………………………………………………………………10</p><p>  謝辭 ………………………………………………………………………11</p><p>  參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………12</p><p>  附錄 …………………………………………………………………………13</p><

13、p>  第 4 頁 共13頁</p><p><b>  引言 </b></p><p>  濾波器的作用是消除電路中某些不必要的信號(hào)并保留有用的信號(hào),在信號(hào)處理方面具有非常重要的作用。</p><p>  濾波器能使所有特定頻段的信號(hào)能夠順利通過,而對(duì)其它頻段的信號(hào)起衰減作用。因此,濾波器被廣泛地應(yīng)用在通信和信號(hào)處理等領(lǐng)域。<

14、/p><p>  濾波器的各類繁多,按照幅頻特性的不同,一般分為低通濾波器(Low Pass Filter)、高通濾波器(Hight Pass Filter)、帶通濾波器(Band Pass Filter)、全通濾波器(All Pass Filter)、帶阻濾波器(Band Elimination Filter)等幾類;按照器件的不同,分為無源濾波器、有源濾波器和晶體濾波器等幾種。無源濾波器是指由R、L、C等無源器件

15、所構(gòu)成的濾波器電路;有源濾波器是指由放大電路及RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波器電路。 </p><p>  對(duì)于有源濾波器,通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負(fù)載效應(yīng)不明顯,多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小,利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器,并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件);但是,其通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器)的帶寬限制,需要直流電源供電,可靠性不如無源濾

16、波器高,在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。</p><p>  一般可以按照有源濾波器傳輸函數(shù)分母中S的最高指數(shù)分為一階、二階和高階濾波器。濾波器的階數(shù)是指在濾波器的傳遞函數(shù)中有幾個(gè)極點(diǎn).階數(shù)同時(shí)也決定了轉(zhuǎn)折區(qū)的下降速度,一般每增加一階(一個(gè)極點(diǎn)),就會(huì)增加-20dBDec(-20dB每十倍頻程)。</p><p>  1 原理分析,公式推導(dǎo) </p><p> 

17、 一階有源濾波器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但其幅頻特性衰減緩慢,因此,一階有源濾波器的濾波特性與理想的低通濾波特性的差距很大,選擇性較差。為了使濾波器的濾波特性更接近理想情況,常常采用二階的濾波器。</p><p>  常用的二階低通濾波器是在一階低通濾波器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,即將RC無源網(wǎng)絡(luò)由一節(jié)改為兩節(jié),同時(shí)將第一節(jié)RC電路的電容不接地而接在運(yùn)放輸出端,引入反饋,以改善附近的幅頻特性,在高頻段,衰減斜率的絕對(duì)值比一階低通濾波

18、器增大了一倍,為-40dB/十倍頻程。在電路中,為計(jì)算方便,令RC網(wǎng)絡(luò)中的電阻取相同的值,再根據(jù)與頻率的關(guān)系計(jì)算出電容的值。</p><p>  低通濾波器的幅頻特性為:</p><p>  其幅頻特性如圖所示:</p><p>  第 5 頁 共 13 頁</p><p>  1.1 二階低通濾波器原型原理圖 </p

19、><p>  常用的二階低通濾波器是在一階濾波器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,即將RC無源濾波網(wǎng)絡(luò)由一節(jié)改為兩節(jié),同時(shí)將第一級(jí)RC電路的電容不直接接地而接在運(yùn)放輸出端,引入反饋,以改善截止頻率附近的幅頻特性。其電路結(jié)構(gòu)圖如下:</p><p>  當(dāng)電路的增益為1時(shí),此時(shí)R4與R3的取值為0,因此,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)圖可作出如下的二階有源低通濾波器的電路圖:</p><p>  1.2 傳

20、輸函數(shù)計(jì)算</p><p>  二階低通濾波器的傳輸函數(shù)為:</p><p>  第 6 頁 共 13 頁</p><p><b>  其中,=,=</b></p><p>  當(dāng)時(shí),,兩邊取對(duì)數(shù)得,通過查表得到二階低通濾波器的傳輸函數(shù)的分母多項(xiàng)式為。</p><p><b>  

21、推出 Q= 。</b></p><p>  1.3 阻值、容值計(jì)算</p><p>  由傳函可以推出阻值和容值</p><p><b> ?、?lt;/b></p><p><b> ?、?lt;/b></p><p><b>  C1= ,C2= </b&

22、gt;</p><p>  取f=5.3KHz,9 </p><p>  計(jì)算出C1=4.7pF,C2=2.35pF。</p><p><b>  2 元器件選擇</b></p><p>  由于算出的阻值容值不一定是市場(chǎng)上有賣的標(biāo)稱值,因此需要實(shí)際買回元器件,然后再加以分析參數(shù)。實(shí)際買到的元件為R1=R2=9.06

23、 ,C1=4.7pF,C2=2.2pF,運(yùn)放為741。將元件參數(shù)代入計(jì)算式中計(jì)算出的理論截止頻率為f=5.3KHz。 </p><p>  3 Multisim 10仿真原理圖及仿真結(jié)果</p><p><b>  3.1仿真元件圖</b></p><p>  第 7 頁 共 13 頁</p><p><b

24、>  3.2 仿真結(jié)果</b></p><p><b>  3.2.1時(shí)域仿真</b></p><p>  通過模擬示波器仿真,得到的信號(hào)不存在失真現(xiàn)象,當(dāng)頻率比較低里,即當(dāng)<5K里,信號(hào)的幅度變化不大;而當(dāng)繼續(xù)增大輸入信號(hào)的頻率,其輸出波形的幅度逐漸衰減,而且變化比較快,當(dāng)頻率大到一定值以后,波形已經(jīng)基本上完全衰減。</p>&

25、lt;p><b>  3.2.2頻域仿真</b></p><p>  第 8 頁 共 13 頁</p><p>  通過掃頻儀的仿真可知,該電路的幅頻特性與低通濾波器的幅頻特性一致。在低頻</p><p>  段的幅度幾乎沒有變化,當(dāng)頻率增加到一定值以后幅度開始變小,程一定的線性關(guān)系,斜率也比較大。當(dāng)幅度衰減3dB里的頻率為5.64

26、KHz,仿真的結(jié)果與理論計(jì)算的結(jié)果存在一些偏差,畢竟仿真軟件也不是完全理想化的,存在一定的誤差是正常的。 </p><p>  4 protel設(shè)計(jì)原理圖及繪制PCB圖</p><p><b>  4.1原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p&g

27、t;  Protel原理電路圖其實(shí)與電路原理圖是一致的,用這個(gè)軟件畫電路時(shí),各種元件與真實(shí)中的元件差不多,有管腳之分,而且也要確定各個(gè)元件的封裝,這樣才能正確的在電路中裝入元件。同時(shí)也要確定輸入、輸出、接地以及電源等各個(gè)接口。</p><p><b>  4.2 PCB圖</b></p><p>  PCB圖其實(shí)就是與實(shí)際中做出來的電路板相似的圖,因?yàn)閷?shí)際電路板的尺寸

28、與布線完全由PCB圖決定的。PCB電路圖是由之前的原理圖導(dǎo)入而來,其實(shí)要完成的就是各個(gè)元件之間的連線。銅線的大小以及各個(gè)元件擺放的位置要合理,這樣才能更好地完成電路板的制作。</p><p>  第 9 頁 共 13頁</p><p>  5 測(cè)試結(jié)果與分析</p><p>  測(cè)試時(shí),電路的外加電源電壓為+5V和-5V,輸入一個(gè)1V的正弦波,調(diào)</p

29、><p>  節(jié)信號(hào)源頻率,使得達(dá)到最大值,觀察信號(hào)幅度隨頻率的變化著么,記錄下特定頻率點(diǎn)下的信號(hào)幅度峰峰值。當(dāng)頻率變化使得輸出的信號(hào)幅度變化為最高幅度的倍,即,此時(shí)的頻率即為低通濾波器的截止頻率。</p><p>  測(cè)試電路如果沒有信號(hào)輸出,一般是由于以下幾個(gè)原因?qū)е拢弘娫?、信?hào)源是否開啟;接線是否正確;線路是否好的;電路是否存在虛焊情況以及元件是否損壞等原因。在排除了這些問題后,最終測(cè)試

30、如下:</p><p>  觀察測(cè)試的數(shù)據(jù),該電路具有低通濾波器的性能,當(dāng)頻率相對(duì)比較低時(shí),基本上沒有太多的衰減,這就是在低通濾波器的能帶范圍內(nèi)的信號(hào);當(dāng)信號(hào)的頻率漸漸增大時(shí),進(jìn)入到濾波器的衰減帶,信號(hào)的衰減會(huì)越來越大,而且衰減的幅度程定的線性,符合低通濾波器的幅頻特性曲線。其幅頻特性曲線圖如下:</p><p>  第10頁 共13 頁</p><p>  

31、由測(cè)試的結(jié)果可知道,當(dāng)=6KHz時(shí),,即在該頻率處,幅度衰減了</p><p>  3dB,則=6KHz。由于設(shè)計(jì)的理論指標(biāo)為=5.3KHz,因此,計(jì)算出該電路的誤差為13.2%。</p><p>  實(shí)際做出的電路板測(cè)試出來的結(jié)果與設(shè)計(jì)之初的指標(biāo)存在了一定的差距,產(chǎn)生這種情況的原因分析如下:</p><p> ?、僭谫?gòu)買電容時(shí)因?yàn)闆]有2.35pF大小的電容,故選擇

32、了與電容值大小相近的2.2pF,</p><p>  因此電容C2的值與理論算出的值存在偏差;</p><p>  ②實(shí)際電路與理論的存在偏差是不可避免的,這是由于理論上的電路是完全理想化的電路,沒有器件本身造作工藝等問題的存在,實(shí)際中的器件本身存在精度問題,不可能與理論值相等。</p><p><b>  6 結(jié)論</b></p>

33、;<p>  通過這次低通濾波器的設(shè)計(jì),對(duì)濾波器的原理有了更為深刻的了解,掌握了其基本原型、指標(biāo)設(shè)定、參數(shù)計(jì)算、元件選擇以及電路實(shí)現(xiàn)。</p><p>  設(shè)計(jì)中用到了multisim和protel軟件。multisim作為一種電路的模擬仿真軟件,能夠很好地仿真所設(shè)計(jì)電路的結(jié)果,對(duì)于設(shè)計(jì)電路有著很好的輔助作用。。這兩種軟件對(duì)于設(shè)計(jì)與制作電路是非常有用的工具,通過這次設(shè)計(jì)電路得到了很好的掌握。<

34、/p><p>  要完成一個(gè)電路,需要經(jīng)過一定的流程,包括:了解原理、通過指標(biāo)計(jì)算參數(shù)、仿真測(cè)試、畫PCB圖、制板、焊接、測(cè)試和調(diào)試的過程。在這次的設(shè)計(jì)中得到了很好的學(xué)習(xí)。</p><p>  實(shí)際做出來的電路板經(jīng)常測(cè)試后與理論電路存在一定的偏差,其原因如結(jié)果分析中的那樣。在設(shè)計(jì)之初通過計(jì)算得到的參數(shù)在實(shí)際電路中只能作為參考選擇,要完全能滿足指標(biāo)的要求,可相應(yīng)地更改電路中元件的值的大小,通過不

35、斷的測(cè)試才能最終滿足要求。</p><p>  通過這次的課程設(shè)計(jì),很好地懂得了其設(shè)計(jì)流程及方法,為今后做設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。</p><p>  第 11頁 共13 頁</p><p><b>  謝 辭</b></p><p>  本次課程設(shè)計(jì)能夠得以很好地完成,首先感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo),在整個(gè)設(shè)計(jì)制作過程中給予了

36、大量建議和幫助。在此向劉老師表示感謝。</p><p>  課課程設(shè)計(jì)的順利完成,也離不開其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的電路制作中,各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料,并提出了很好的建議和意見,在他們的幫助下,電路的設(shè)計(jì)以及報(bào)告得以不斷的完善,最終完成了課程設(shè)計(jì)。 另外,要感謝所有傳授我知識(shí)的老師,是你們的教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識(shí),這也是課程設(shè)計(jì)得以完成的基礎(chǔ)。</p>&l

37、t;p>  同時(shí)還要感謝xx提供了各種設(shè)備。</p><p>  第 12 頁 共13頁</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  岡村廸夫(日), 王玲等譯.OP放大電路設(shè)計(jì). 北京:科學(xué)出版社, 2004年9月</p><p>  黃席椿等編.濾波器綜合法設(shè)計(jì)原理. 北京

38、:人民郵電出版社,1978</p><p>  王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003</p><p>  Sanjit K. Mitra 著,闊永紅 改編 .數(shù)字信號(hào)處理——基于計(jì)算機(jī)的方法(第三版). 北京:電子工業(yè)出版社,2006</p><p>  遠(yuǎn)坂俊昭 (日), 譯者:彭軍.測(cè)量電子電路設(shè)計(jì):濾波器篇.北京:科學(xué)出版社, 20

39、06</p><p>  第 13 頁 共13 頁</p><p><b>  附 錄</b></p><p><b>  元件清單列表:</b></p><p>  CommentFootprint</p><p><b>  電容:</b>

40、</p><p>  4.7pF RAD0.15</p><p>  2.2pF RAD0.15</p><p><b>  電阻:</b></p><p>  9.1K AXIAL0.3</p><p><b>  運(yùn)放:</b></p

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫(kù)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論