二阶有源低通滤波器的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流二阶有源低通滤波器的设计.精品文档. 课程设计说明书课程设计名称： 低频电子课程设计 课程设计题目： 二阶有源低通滤波器的设计 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息工程学院 班级： 090111 学号： 09041132 姓名： 评分： 教师： 201 1 年 3 月 4 日摘 要滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积

2、较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路和无限增益二阶低通滤波器是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。分别用分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致参量等进行了仿真分析，仿真结果要与理论设计一致，为设计成功提供依据。关键词 二阶有源低通滤波器；压控；无限增益；仿真分析； 模拟电路 课

3、程设计任务书20 10 20 11 学年 第 2 学期第 1 周 2 周 题目二阶带通滤波器的设计内容及要求1、 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2、中心频率fO=2KHz；2、 增益AV2；4、品质因数Q0.707进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 1天； 2. 领元器件、制作、焊接：1天3调试： 1天4. 验收：0.5天学生姓名：张超指导时间2011年2月21日2011年3月4日指导地点：E 楼607 室任务下达20 11 年2 月21 日任务完成2011 年3 月 4 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师李翔文 万在红系（

4、部）主任陈琼目录第一章 设计任务与要求5第二章 方案设计与选择62.1方案一：一阶有源低通滤波器电路62.2方案二：压控电压源二阶低通滤波电路62.3方案三：三阶压控电压源低通滤波器72.4方案四：无限增益多路反馈低通滤波电路8第三章 单元电路设计与参数计算103.1 功能电路部分电路设计以及参数计算:103.11压控电压源二阶低通滤波电路103.12无限增益多路负反馈二阶低通滤波器11第四章 安装与调试124.1 安装124.2 调试步骤124.21压控电压源二阶低通滤波电路124.22无限增益多路负反馈二阶低通滤波器13第五章 性能测试与分析165.1二阶低通滤波电路的测试及分析：165.

5、11仿真测试的数据165.3误差分析：17第六章结论与心得18参考文献19附录一 芯片管脚20附录二 原件清单21附录三 总原理电路图221压控电压源二阶低通滤波电路222限增益多路负反馈二阶低通滤波器22附录四 作品实物图23第一章 设计任务与要求 1分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； 2中心频率fO=2Hz； 3增益AV 2 4品质因数Q0.707第二章 方案设计与选择由设计任务与要求可知，本实验设计功能电路部分要求分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计，所以在焊接电路板时，要将两种设计方法的电路板都焊接出来，且其参数设计要符合：截至fc=2000Hz，增益Av=

6、 2和品质因数Q三个条件。.功能电路部分2.1方案一：一阶有源低通滤波器电路实验电路图如下所示：图1 一阶有源带通滤波器2.2方案二：压控电压源二阶低通滤波电路 实验电路图如下所示：图2 压控电压源二阶带通滤波 对比方案一和方案二：一阶电路的过度带较宽 ，幅频特性的最大衰减斜率仅为-20dB/十倍频，而且此时的通带截至频率fp远离特征频率fO ；而压控电压源二阶带通滤波电路中，其衰减斜率可达-40 dB/十倍频，电路过度带相对较窄，有利于滤波电路更好的实现滤波功能。而且电路中引入了负反馈，用以增大fO 附近的电压放大倍数，使得通带截至频率fp接近特征频率fO，使滤波特性趋于理想。电路中还引入了

7、适当的正反馈，使得fO 附近的电压放大倍数增大，又不会因为正反馈过强而产生自激震荡。所以通过对比方案二具有比方案一更好的滤波特性，所以在实际焊接电路板时选择方案二。2.3方案三：三阶压控电压源低通滤波器 实验电路图如下： 图3 三阶压控电压源低通滤波器2.4方案四：无限增益多路反馈低通滤波电路图4 无限增益多路反馈低通滤波电路 对比方案三和方案四：三阶压控电压源带通滤波器的幅频特性较好，最大衰减斜率可达-60 dB/十倍频，但是在该电路中有两级放大电路，最终的截至频率要依靠两级滤波电路的截至频率共同决定，所以受各级电路的影响较大，要在电路调试过程中达到静态平衡比较困难，而且电路中的偏置电流及其

8、漂移均对电路具有一定的影响。在实际操作的焊接过程中，元器件较多使得电路的最终功能难以得到保证；无限增益多路反馈带通滤波电路中，幅频特性也相对较好，最大衰减斜率可达-40 dB/十倍频，相对方案三中的电路，方案四中只有一级放大电路，并且该滤波电路不会因为通带放大倍数数值过大而产生自激振荡，电路中的运放可以看成理想运放，即可认为其增益无穷大，使得通带截至频率fp更加接近特征频率fO，即使得电路幅频特性更好，而且电路中原器件较少，有利于实际操作的焊接过程。所以通过对比方案四具有比方案三更好的滤波特性和实际使用价值，所以在实际焊接电路板时选择方案四。第三章 单元电路设计与参数计算 3.1 功能电路部分

9、电路设计以及参数计算:3.11压控电压源二阶低通滤波电路图1 压控电压源二阶低通滤波电路图当时，增益Aup=2.，截至频率，其传输函数为:式中Aup表示增益，Wo表示截止频率，Q为品质因数，Q=0.707. 所以根据上述推导公式可得：电路设计时应该使得, 根据市场能买到的器件，则可以取，然后由中心频率计算公 试可以取C1=C2=0.1uF,可以得出电阻R1=596.58k,R4=1.06255k. 可以用2k的电位器代替，基本达到设计要求了。3.12无限增益多路负反馈二阶低通滤波器图2 无限增益多路负反馈二阶低通滤波电路图电路如图所示,该电路的传输函数为： 其中根据上述推导公式可得：电路设计时

10、应该使得C1=C2，根据市场能买到的器件，则可以取C1= C3=0.1uF，然后由中心频率计算公式，电压增益公式以及品质因素的公式计算参数，依据以上三个公式，取fO=2KHz，Q=0.707，Aup=2.令R1=R2可得：R1=R2=0.22519K，=0.45038K,而用R1 ,R2用2K的电位器调节，使得其等于0.22519K即可基本达到设计要求。第四章 安装与调试4.1 安装 按照总原理电路图将元器件正确安装在电路板上，先部好局。还应值得注意的就是LM324芯片管脚分配，不要因为接错管脚而实现不了功能。检查好布局，最后再去焊接。在焊接的时候不要虚焊，焊点要均匀。4.2 调试步骤根据原理

11、，增益Q为2. 截至频率f=2000Hz, 两个方案分别进行调试。4.21压控电压源二阶低通滤波电路其仿真电路图如下：当输入的频率是1000HZ ，2000HZ， 30000JHZ 的交流电源是输出信号的波形图分别如下： 输出与输入的倍数关系分别是2倍，1.4倍 然后是截至了， 趋于0. 滤波器的滤波效果已经达到， 截至频率是2000HZ。小于2000HZ时，输出波放大2倍。图1 输入信号频率1000Hz，输入信号与输出信号的波形图 图2输入信号频率2000HZ，输入信号与输出信号的波形图图3输入信号频率30000Hz，输入信号与输出信号的波形图4.22无限增益多路负反馈二阶低通滤波器其仿真电

12、路图如下：输入频率分别是1000HZ， 2000HZ， 30000HZ；其输出的放大倍数分别是2倍， 1.4 倍， 当输入信号频率是30000HZ时，已被截至了，信号不能通过，已经达到滤波的效果！图1 输入信号频率1000Hz，输入信号与输出信号的波形图图2输入信号频率2000HZ，输入信号与输出信号的波形图图3输入信号频率30000Hz，输入信号与输出信号的波形图第五章 性能测试与分析5.1二阶低通滤波电路的测试及分析：5.11仿真测试的数据：1.压控电压源二阶带通滤波电路：输入电压Ui=1.0V输入信号频率f/Hz输入信号幅值Vpi/v输入信号幅值Vpo/v增益Av1001.02.0082

13、.0085001.02.0002.00010001.01.9991.99920001.01.3891.38925001.00.9870.98740001.00.2760.276200001.00.0020.002表1 压控电压源二阶低通滤波电路实验值2.无限增益多路反馈低通滤波器电路：输入电压Ui=1v输入信号频率f/Hz输入信号幅值Vpi/v输入信号幅值Vpo/v增益Av1001.02.0102.0105001.02.0022.00210001.01.8451.84520001.01.4301.43025001.00.9300.93040001.00.8220.822100001.00.00

14、020.0002表2 无限增益仿真数据5.3误差分析：l 设计器件，实验材料自身误差，不是十分精确。l 在焊接时，不能做到所有器件的线路都很合理，在操作是会有相互影响。l 焊接点不均匀，导致虚焊，使得产生一定的误差。l 参数设计不合理，使得功能不能更好的体现。l 集成块不是理想的集成块，在使用是会有一定的影响。l 实验用的元器件，如芯片易受温度的影响，实验时间过长，即会产生误差。l 仪器的精度不够，无法精确的检验结果。l 信号发生器的输出信号不够稳定，使得输出信号也发生波动，判断时受到影响，无法精确的确定参数是否合格。l 操作使用时与仿真测试并不相同，虽然经调试后已合格，但是并不能说十分精确。

15、第六章 结论与心得经过实验数据的检验可以得出：在输入频率小于2000Hz时，电路的增益接近2，而在输入信号的频率逐渐增大至2000Hz时，增益在1.4左右，于后频率逐渐增大，增益趋于零。在合理的误差范围内，以上的数据都符合设计要求。通过本次的课程设计，让我体会到学习模拟电路这门课程，不仅要掌握好理论的知识，还要通过理论来联系实际。发现在实际过程中很难做到与理论相同的结果。在此次设计中我按照书上的公式推出实验所需要的参数，设计这个带通滤波电路我使用了两种方法。采用了压控和无限增益的方法。设计好之后拿去实验室调试，发现采用无限增益的方法产生的误差还是比较大的。我检查了电路发现电路板有个地方焊错了的

16、。还有计算电阻的时候没有计算的很精确，也因为找不到那个阻值的电阻，所以就用比较接近的阻值代替了。再加上这块电路板的焊点不是很均匀，存在许多不足的地方，所以使得实验测出的数据误差比较大，虽然勉强过了，但使得此次的课程设计分数比较低。在设计压控这个电路图的参数时候，我算出结果，而且请教了其他同学一起帮忙计算，发现算出的阻值都不怎么一致，后来我通过用软件仿真才找到一个比较合理的参数，但是小电阻很难买到了，我只能用电位器来代替。在做实验之前我们应该多进实验室去调试，尽量早点发现问题早点解决，而不是盲目的在设计或做实验。总之，此次课设收获很多，感受也很多，为以后的学习带来了偌大的帮助。参考文献1童诗白、

17、华成英.模拟电子技术基础M .北京；高等教育出版社.2001 2彭介华.电子技术实验与课程设计M；高等教育出版社 20053. 青木英彦、周难生.模拟电路设计与制作M； 科学出版社 20084. 王港元 .电工电子实践指导M；江西科学技术出版社 20075华成英. 模拟电子技术基础实验与课程设计M；20106. 许素贞、杜群羊、吴海青.模拟电子技术基础与应用实例M. 北京；北京航空航天出版社 20097劳五一，劳佳.模拟电子电路分析、设计与仿真M；清华大学出版社 2009附录一 芯片管脚附录二 原件清单元件序号型号数量(个)电位器2K10电容0.1uf7电容0.01uf2电容0.22uf1芯片LM3242附录三 总原理电路图1压控电压源二阶低通滤波电路2限增益多路负反馈二阶低通滤波器附录四 作品实物图