二階低通濾波器課程設(shè)計報告

1、<p>　　二階低通濾波器課程設(shè)計報告</p><p>　　題 目：二階低通濾波器</p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　一、題目的要求和意義</p><p>　　1.1 題目： 二階低通濾波器</p><p><b>　　1.2 題目要求</b></p><p>　　設(shè)計二階低通濾波器，電源電壓&

3、#177; 5V，要求完成下面的技術(shù)指標：</p><p>　　a. 濾波器的截止頻率fH ≤100HZ；b. 通帶電壓增益Au ≥ 1??；</p><p><b>　　1.3 意義：</b></p><p>　　對信號進行分析與處理時, 常常會遇到有用信號疊加上無用噪聲的問題, 這些噪聲有的是與信號同時產(chǎn)生的, 有的是傳輸過程中混入的

4、。因此, 從接收的信號中消除或減弱干擾噪聲, 就成為信號傳輸與處理中十分重要的問題。根據(jù)有用信號與噪聲的不同特性, 消除或減弱噪聲,提取有用信號的過程稱為濾波, 實現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器</p><p>　　二、方案的論證和設(shè)計</p><p>　　2.1 方案的論證 </p><p><b>　　2.2.1</b></p>

5、<p>　　濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種：</p><p>　　① 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，同時，由于集成運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

6、波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達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、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。</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>

7、;<p>　　其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對偶關(guān)系。當LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，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。在實用電子電路中，還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率f及阻尼系數(shù)Q等。</p><p><b>　　工作原理：</b>

8、</p><p>　　二階有源濾波器是一種信號檢測及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路, 也是高階慮波器的</p><p>　　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</p><p>　　反饋型和雙二次型。本次課程設(shè)計采用壓控電壓源型設(shè)計課題。</p><p>　　有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示：</p>

9、;<p>　　圖1 二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路</p><p>　　它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率f>=f0時（f0 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

10、集成運放同相端的反饋是負反饋，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><b>　　傳輸函數(shù)為：</b></p><p>　　令 稱為通帶增益 </p><p><b>　　稱為等效

11、品質(zhì)因數(shù) </b></p><p><b>　　稱為特征角頻率 </b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達式</p><p>　　2.2.2芯片介紹：</p><p>　　NE5532功能特點簡介

12、:</p><p>　　NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器。 相比較大多數(shù)標準運算放大器，如1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力和相當高的小信號和電源帶寬。這使該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備，儀器和控制電路和電話通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建議使用5532A版，因為它能保證噪聲電壓指標。<

13、;/p><p><b>　　NE5532特點：</b></p><p>　　?小信號帶寬：10MHZ?輸出驅(qū)動能力：600Ω，10V有效值 ?輸入噪聲電壓：5nV/√Hz(典型值) ?直流 電壓增益：50000 ?交流電壓增益：2200-10KHZ?功率帶寬： 140KHZ?轉(zhuǎn)換速率： 9V/μs?大的電源電壓范圍：±3V-±20V ?

14、單位增益補償</p><p><b>　　2.2設(shè)計：</b></p><p>　　2.2.1 二階有源低通濾波器的參數(shù)計算：</p><p>　　我們的設(shè)計題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f<=100HZ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)Aup>=1。當品質(zhì)因數(shù)Q=0.707時，曲線的過渡過程最好。</p><p&

15、gt;<b>　　由公式： </b></p><p>　　=0.707…………………（1）</p><p>　　可以求得低通濾波器的通帶電壓增 Aup =1.586即：</p><p>　　Aup =1+Rf/R1=1.586………………（2）</p><p>　　查表可知：當截止頻率在10-100HZ范圍內(nèi)時，選擇濾波

16、電容1-10uf效果較好。</p><p>　　取C1=C2=4.7uF,濾波電阻R=1 KΩ。</p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　　…………………………（3）</p><p>　　可得到截止頻率f=33.88HZ滿足題目的要求。</p><p><b>　

17、　由阻抗匹配可知，</b></p><p>　　2R=Rf//R1………………………（4）</p><p>　　聯(lián)立（2）和（4）可求的R1=2.2k，Rf=1.3k</p><p>　　電阻R5、R6主要是給信號提供一個偏置電壓，抬高波形，使得信號的負半軸可以無失真通過。如果芯片NE5532采用單電源供電，如果沒有偏置電阻R5、R6波形負半軸將無法通過

18、，從而產(chǎn)生失真，這里取R5=R6=2.2K。</p><p>　　電容C3為耦合電容，是為了減少前一級零點漂移被后一級放大，所帶來的噪聲干擾。根據(jù)Z=1/jwc為了讓低頻能較好的通過，減少損耗，電容C3選擇較大的電容值，這里取C3=330uF。</p><p>　　2.2.2設(shè)計仿真電路如圖：</p><p>　　圖2 二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖</p&

19、gt;<p>　　2.2.3仿真結(jié)果分析</p><p>　　圖5 二階有源低通濾波器仿真波形圖</p><p>　　分析上圖知電路的截止頻率在47.972HZ左右，與理論值33.88HZ有點偏差，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)。</p><p>　　圖6 二階有源低通濾波器仿真波形圖</p&

20、gt;<p>　　所加輸入信號的最大值Vi=1.999v,波形入Channel-B所示;輸出電壓波形入Channel-A所示，其最大電壓約為U0=2.511V，由以上分析知通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)Aup=Uo/Vi=1.256,和理論值A(chǔ)up=1.586存在一定的偏差，在誤差也許范圍內(nèi)。</p><p>　　綜上所分析得知我組所設(shè)計的二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求。</p>&

21、lt;p>　　2.2.4原理圖設(shè)計：</p><p>　　圖3 二階有源低通濾波器原理圖</p><p>　　2.2.5 Pcb板制作：</p><p>　　圖3二階有源低通濾波器</p><p>　　2.2.6實物圖如下圖所示：</p><p>　　圖4二階有源低通濾波器</p><p>

22、;　　2.2.7 實物圖測試結(jié)果分析</p><p>　　經(jīng)測試電路基本滿足要求，輸入1V，測出來的增益為1.5倍左右，截止頻率在20HZ左右，與實際算出來有一定的偏差，主要是電阻電容阻值上有一定的差別。從這里也可以看出不能過分的相信仿真，他只能作為一種參考。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計體會：</b></p><p>　　通過課程

23、設(shè)計，培養(yǎng)了我們的動手能力和設(shè)計能力，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)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，最主要的還是參數(shù)的選擇和計算上。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。&l

24、t;/p><p>　　經(jīng)歷這一次鍛煉我對做電路更感興趣了，以后將會多做一些電路，通過實踐來發(fā)現(xiàn)自己的不足，再回歸到課本學(xué)習(xí)理論知識。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[3]廖惜春 項華珍 徐秀平 黃培先等. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】武漢：華中科技大學(xué)出版社 2008</p><p>　　[