上海电力学院电子线路计算机仿真课程设计报告.doc

上 海 电 力 学 院 课程设计报告（2012 /2013学年第一学期）课题名称 电子线路计算机仿真 课题代码 1307038 设计题目 二阶压控电压源低通滤波器的设计 院（系） 电子与信息工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 时 间 2013年1月7日1月11日 上海电力学院实验报告课程名称：电子线路计算机仿真 实验项目：设计一个二阶压控电压源低通滤波器 上限频率f=3.4KHz，品质因数Q=2 班级： 姓名： 同组人姓名： 指导教师：初凤红 实验日期：2013.1.72012.1.11一、实验目的1、利用EWB仿真软件，设计一个符合课题所给参数要求的二阶压控电压源滤波器，实现电子线路计算机仿真功能。2、 通过实验，学习有源滤波器的设计方法，体会调试方法在电路设计中的重要性。掌握实验中的原理方法，并了解各个图示的意义及各参数的计算方法，如电压增益A等。3、进行设计基本技能的训练，包括学习新的知识，查阅资料，独立设计、上机调试与验证等。二、实验原理与方法 1. 滤波器：常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。2. 滤波电路传递函数定义：3. 低通滤波电路：其幅频响应图如右图所示，图中表示低频增益，为增益的幅值。由图可知，它的功率是通过从零到某一截止角频率的低频信号，而对大于的所有频率则给予衰减，因此其带宽。4. 二阶有源低通滤波电路：特征角频率： 通带增益： 等效品质因数：传递参数： (注：只有，电路才能稳定工作，否则将产生自激震荡）5. n阶巴特沃斯传递函数：(注：式中n为阶滤波电路阶数，为3dB截止角频率，为通带电压增益。）6. 幅频响应：把 带入可得幅频响应和相频响应的表达式： 归一化的幅频响应曲线三、实验设计及步骤二阶压控电压源低通滤波电路是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。如下图 优点是电路性能稳定，增益容易调节。数据计算： = 2；上限频率为3.4 KHz。通过公式算出特征角频率 = 14100（rad/s）； C=0.01uF； R=7 K；为减少偏置电流的影响，应尽可能使加到运放同相端对地的直流电阻与加到反相端对地直流电阻基本相等，所以，且由公式可得，Rf = 1.5R1 R1 = 23.3 K,Rf = 35 K.5.按图1接好电路进行仿真与调试， 在输入端接入一个交流电压源U=6V，f=3HZ，并在电路中输入、输出两处分别接入波特图仪，观察幅频特性曲线，验证特征频率。6. 接入示波器显现输入输出曲线，改变f的值，观察曲线变化，找出原因。三、 试验程序及结果截图下图为实验电路截图相位特性曲线幅频特性曲线波特图7直流分析输入输出波形图五、实验结果分析根据我们做的仿真图，我们从滤波器图中可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。当输入信号的频率较大时，输出信号的幅值明显小于输入信号的幅值，当输入信号的频率较大时，电路的放大作用已不理想。根据相位图与波特图的显示，当由幅度7.9669下降至4.9936时，截止频率为3.3753 KHZ。实验证明此低通电路的设计师符合要求的。但是由于软件精度原因，还是不可避免的产生了一些误差。比如7.9669下降至4.9936不是严格的3个单位，截止频率也不是严格的3.4 KHZ。根据示波器波形图的显示VA1=6.4942V，VB1=16.2615V，即Ao = Avf = VB1/VA1=16.2615/6.4942=2.504 Q = 1/(3-2.504) = 2.016，误差为0.8%。结果同样符合设计要求。六、实验小结 通过此次实验，我对电子技术这门课有了进一步的认识，在之前对于这一门课都只停留在书本上的理论知识，对于实际可能遇到的问题并不是很了解。这次利用EWB这一程序，使自己对电路进行模拟，同时也遇到了这样或那样的问题。在一开始时对许多元件、仪器等都不是很熟悉，在经过自己的尝试和查阅资料之后明白了每一个仪器的使用方法及用处，如导线只需要通过点和点的拖拉就可以实现，波特图仪in和out所代表的意义。在熟悉了元件之后，却发现当频率为1HZ时电路正常，但当电路稍大以后电路却出现了问题。在经过老师的帮助和同组的讨论后，发现这是由于在题目中A的大于了3，也就是说电路会产生自激振荡，而这也是自己以前在书上不曾注意的问题。而当频率等于1时，由于平率过小，无法显示出自激振荡而产生的误解。由于一开始对实验理解没有很深刻，所以一些数据方面的计算并没有正确。在重新计算并调整了数据后，验证了实际值与理论值相吻合。在我把电源输入频率调成10000欧后，示波器的输出图像近似于一条直线，在与同学反复探讨以后，我们认为原因是低通滤波器对高频