模电课程设计 多功能有源滤波.doc

模拟电路课程设计报告设计课题： 多功能有源滤波器 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 题目：多功能有源滤波器一、设计任务与要求1 设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，通带AV=1；2 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。二、方案设计与论证根据设计任务要求设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，并用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V），为运算电路提供偏置电源。1、 直流电源部分 电路可把220V的交流电变成+12V和-12V的直流电源,电路图如图1所示。图1 直流稳压电源2、 多功能有源滤波器部分方案一用一个求和电路输出三个信号，再用三个Ua741分别实现高通、带通、低通功能电路，其方框图如图2所示。交流信号源反向积分电路，实现低通反向求和电路，实现带通反向求和电路，实现高通 图2 方案一原理方框图 方案二通过比例、求和、积分等若干基本运算电路组合，外接几个电阻，就可实现多功能有源滤波功能，用3个uA741，电容，电阻调节适当参数可实现，如图3所示。图3 多功能有源滤波器原理图方案论证由于要同时实现高通、带通、低通功能，方案一计算不方便，电路复杂，接线不方便，易接触电阻，增大误差，制作难度大。两种电路比较起来，方案二更好,所以我选择方案二。3、 单元电路设计与参数计算 1、桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。 其流程图如图3。 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 - 图3 直流电源方框图 直流电源电路图4。 图4 直流电源图 原理分析：（1）电源变压器是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。由于要产生12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为50V的变压器。(2)整流电路： 其电路图如5。图5 整流电路图1）原理分析：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。我所用的桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。2）单相桥式整流电路的波形图如图6。图6 单相桥式整流电路的波形图整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）VL定义为整流输出电压VL 在一个周期内的平均值，即 设变压器副边线圈的输出电压为，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在Vi 的正半周，VL = V2 ，且VL的重复周期为p ，所以(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C(35)T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。其电路图如图7。图7 滤波电路图(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。为了电路的安全，常在电路中加保护电路。对于本实验的稳压电路中的保护电路，主要使用了集成块：78系列。 （5）直流电源的参数设计提供的是220V的交流电源要变为12V直流电， 变压器用 220V50V规格的，选的三端稳压器为：LM7812、LM7912，整流用的二极管可用1N4007 ，电解电容用3300uf C3与C3可用0.22Uf C5与C6可用0.33uF C7与C8可用220Uf电容，发光二极管上的R用 1K。2、多功能有源滤波器部分的参数设计设计要求同时低通、高通、带通三种滤波特性，该滤波电路可通过集成运放及RC网络组成，即所选方案原理图如图6所示。图6 多功能有源滤波器原理图由图可知， 带通输出电压：低通输出电压： 高通输出电压：令,，则令,则滤波电路高通频响特性方程为同理得出滤波电路的带通和低通频响特性方程为由于设计要求通带放大倍数为1，只要满足带通放大倍数为1，即=1则可得 Q=1，再代入 ，得 所以 取 （用两个10K电阻并联得到） 四、总原理图及元器件清单1总原理图（如图7所示）图7 总原理图2元件清单（1）直流电源部分表1 直流电源元件清单元件序号型号主要参数数量备注（价钱）变压器50V19.6元三端稳压器AN7812(JRC)11元三端稳压器AN791211.2元电阻R1、R21K20.1元电容3.3mf 50v21.5元电容220uF21元电容0.1uF20.1元中号焊接电路板12元二极管1N400760.1元发光二极管LED1LED220.3元总计价格18.4元（2）多功能有源滤波器部分表2 多功能有源滤波器元件清单元件序号型号主要参数数量备注（价钱）uA74131元中号焊接电路板12元电阻10K80.1元底座30.5元电容瓷片电容0.01uF20.1元总计价格6元五、安装与调试1、安装：按电路图布局好电路，之后焊接好电路板。 2、调试（1） 静态调试 用万用表对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。（2） 动态调试 接好电路，利用函数信号发生器、数字毫伏表以及示波器来验证多功滤波器的功能。 1）高通的调试输入信号为1V，改变其频率，使得输出电压也为1v，则此放大倍数为1，减小频率使得输出的电压为输入的0.707，则此时的频率为截止频率 2）带通的调试同样输入电压为1v，改变其频率，使得输出与输入相等为1v，则此时的频率为中心频率，减小频率使得输出的电压为输入的0.707，则此时的频率为截止频率，增大其频率，使得输出的电压为输入的0.707倍时，则此时的频率为上限截止频率，改变频率，从小到大，记录毫伏表的输出电压与信号发生器的频率。3）低通的调试输入信号为1v，改变其频率，使得输出等于输入为1v，则此时的放大倍数也为1，增大其频率，使得输出的电压为输入的0.707倍时，则此时的频率为上限截止频率。六、性能测试与分析 1.桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源仿真大小,如图8，图9所示。图8 直流电源仿真图9 直流电源仿真输出电压2.多能有源滤波波形图及仿真数据（1） 输入5V、60HZ信号，输入波形及各部分滤波电路的输出波形如图图10 输入波形及低通输出波形图11 高通及带通输出波形（2）输入信号5V，10KHZ信号输入波形及各部分滤波电路的输出波形图12 输入波形及低通输出波形图13 高通输出波形及带通输出波形（3）当输入为0.5V时，可得高通、带通、低通滤波输出波特图,如图14,15,16所示。图14 高通滤波输出波特图图15 带通滤波输出波特图图16 低通滤波输出波特图3实验数据（1）直流电源正电源：+11.8V 负电源：-12V（2）稳压管7812两端电压：9.5V 稳压管7912两端电压：9.47V（3）多功能有源滤波电路（1）高通的输出电压测试输入信号Ui=0.5V，改变频率测输出电压(0.707Ui=0.356V) ，测试数据如表3所示。表3 高通的输出电压测试数据频率Hz50k30k10k4k 输出电压v0.4840.4910.5080.532频率Hz3k2k1.737k1.5k 输出电压v0.4910.390.3650.327频率Hz1.0k900800750输出电压v0.2820.1460.0610.048频率kHz700输出电压v0.0122）带通的输出电压测试输入信号Ui=0.5v, 改变频率测输出电压(0.707Ui=0.356V) ，测试数据如表4所示。表4 带通的输出电压测试数据频率Hz200500700900输出电压v0.1130.1240.2370.356频率kHz11.21.51.713输出电压v0.3710.4290.4730.503频率kHz22.833.5输出电压v0.4310.3560.3100.287频率kHz4.04.556输出电压v0.2580.2220.1530.1283）低通的输出电压测试输入信号Ui=0.5V，改变频率测输出电压(0.707Ui=0.356V) ，测试数据如表5所示。表5 低通的输出电压测试数据频率Hz5070100200输出电压v0.4870.4910.5040.510频率Hz5001k1.547k1.7k输出电压v0.4940.3910.3650.354频率kHz22.533.5输出电压v0.3260.2850.2410.127频率kHz5输出电压v0.0474）由表3,4,5可知高通电路下限截止频率为=1.737kHz带通电路中心频率为fo=1.713kHz,上限截止频率为=900Hz,下限截止频率为=2.8kHz低通电路上限截止频率为fo=1.547kHz4. 误差计算及分析 （1）直流电源电压误差计算 2=(12-11.8)/12*100%=1.67% 3=(-12+12)/20*100%=0（2）高通 截止频率误差计算 =(-1.644+1.737)/1.737*100%=5.35%（3）带通 中心频率误差计算 =(1.713-1.613)/1.713*100%=5.84%（4）低通 截止频率误差计算 =(1.547-1.488)/1.547*100%=3.81% （5）由于焊接技术有限，可能导致测量数据有误差。 （6）由于焊接使用的元器件值均非标准值有一定误差。 （7）由于数字毫伏表测试数据不稳定，导致误差。七、结论与心得1、 结论（1）通过整流、滤波、稳压电路可把交流电变为稳定的直流电源。（2）通过比例、求和、积分等若干基本运算电路组合，外接几个电阻，就可得到低通、高通、带通滤波电路。2、 心得体会开始课程设计时，感觉很困难，其实很怕这种动手能力强的课程。从开始学习模电开始，就一直很畏惧，感觉自己很不擅长理科方面的东西，特别是跟物理相关的课程。所以，刚看到自己的题目时，一下子懵了，然后通过网上查资料、图书馆查找相关书籍以及和组员一起讨论终于把课程设计的作品和文稿完成。 通过这次课程设计，进一步熟悉multisium软件的使用，加深对滤波电路原理的理解，也通过这次的课程设计多了和同学之间的沟通和交流，学会了团队合作。总之，这次很高兴，虽然花了很多时间、精力，但是完成了这次的课程设计，做出了实现功能的作品，算是一次真正的动手能力的测试，真正的把知识运用于实践。八、参考文献1电工电子实践指导（第二版），王港元主编，江西科学技术出版社（2005）2电子线路设计、实验、测试（第二版），谢自美主编，华中理工大学出版社（2000）3模拟电子技术基础清华大学电子学教研组 编 童诗白 华成英 编4.电子实验与课程设计赣南师范学院物理与电子信息学院 5.电子技术课程设计指导湖南大学 彭介华 主编物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程班级：10电信本学号： 姓名： 课题名称多功能有源滤波器设计任务与要求1 设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，通带AV=1；2 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分