二阶有源低通滤波器课程设计.doc

二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 1 长 沙 学 院 模 电课 程 设 计 说 明 书 题 目 二阶有源低通滤波器 系 部 电子与通信工程系 专业 班级 09 通信 姓 名 彭雄亮 学 号 2009043209 指导教师 谢志宇 张刚林 王璐露 高岳民 起止日期 2010 年 11 月 22 日 27 日 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 2 摘要 摘要 我课程设计的课题是二阶有源低通滤波器 首先 根据老师给定的课程设计的任务和要求 选 定一款集成运算放大器 再根据技术要求选择其它元器件 设计出外围电路 并设计出整体电路的 电路图及其各元件的参数 同时要给出其工作原理 第二步 对设计出的电路图进行仿真 通过仿 真软件 Multisim 对所设计的电路的进行瞬态分析测试和交流扫描以及其它必要仿真 并进行分析 确定电路设计的正确性和可行性 最后 第三步把仿真结果与理论指标进行对比分析 并对设计成 果作出评价 关键词 关键词 滤波器 二阶有源低通 感量 这就必然增加电感元件的体积 重量与成本 这种矛盾在低频时尤为突出 为了解决这 一矛盾 五十年代有人提出用由电阻 电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件 由此产生了用 有源元件和无源元件 一般是 R 和 C 共同组成的电滤波器 称为有源滤波器 六十年代末由分立元 件组成的有源滤波器得到应用 七十年代以来 由薄膜电容 薄膜电阻和硅集成电路运算放大器构 成的薄膜混合集成电路提供了大量质优价廉的小型和微型有源 RC 滤波器 集成电路技术的出现和 迅速发展给有源滤波器赋予巨大的生命力 集成电路有源滤波器不但从根本上克服了 R L C 无源 滤波器在低频时存在的体积和重量上的严重问题 而且成本低 质量可靠及寄生影响小 和无源滤 波器相比 它的设计和调整过程较简便 此外还能提供增益 当然 有源滤波器也有如下缺点 1 由于有源元件固有的带宽限制 使绝大多数有源滤波器仅限于音频范围 f 20KHZ 内应用 而无源滤波器没有这种上界频率限制 适用的频率范围可高达 500MHZ 2 生产工艺和环境变化所造成的元件偏差对有源滤波器的影响较大 3 有源元件要消耗功率 尽管如此 在声频 f 4KHZ 范围内有源滤波器在经济和性能上要比无源滤波器优越得多 因此在 世界各国先进的电话通信系统中得到极其广泛的应用 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 3 目录目录 1 1 绪论绪论 4 4 2 2 实习的主要内容实习的主要内容 5 5 3 3 设计作品名称 或课题 设计作品名称 或课题 6 6 3 13 1 电路设计原理图 电路设计原理图 7 3 23 2 真和性能测试与分析 真和性能测试与分析 8 4 4 心得体会 心得体会 8 8 5 5 存在的不足及建议 存在的不足及建议 9 9 6 6 参考文献 参考文献 9 9 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 4 1 1 绪论绪论 从上世纪二十年代至六十年代 电滤波器主要由无源元件 R L C 构成 称为无源滤波器 为了提 高无源滤波器的质量 要求所用的电感元件具有较高的品质因数 QL 但同时又要求有一定的电 2 2 实习的主要内容实习的主要内容 0909 级模拟电子技术课程设计任务书级模拟电子技术课程设计任务书 系 部 电子与通信工程系 专业 09 通信 指导教师 谢志宇 张刚林 王璐露 高岳民 课题名称二阶有源低通滤波器 设 计 内 容 及 要 求 1 选题范围 1 1 直流稳压电源类 串联稳压 三端稳压等 1 2 信号源 振荡器 类 1 3 放大器类 低频 中频 高频 音频 甲类 乙类 丙类等 晶体管类 集成运算类等 1 4 滤波器类 有源 无源 高通 低通 带通 带阻 对信号处理方式 调幅 调频 鉴频 鉴相 微分 积分 检波等 1 5 也可通过各种模拟 IC 的典型应用电路设计 2 设计要求 2 1 设计方法 参数 计算步骤 公式和基本原理说明 2 2 电路必须通过 multisim 软件仿真验证 2 3 有相关参数测试数据或波形分析说明 设 计 工 作 量 1 祥见课程设计指导书 2 课程设计提交的资料 2 1 课程设计说明书打印稿及电子文档 2 2 设计电路仿真源文件 起止日期 或时间 设计内容 或预期目标 备注 进 度 安 排 2010 年 12 月 27 日 31 日 祥见课程设计指导书 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 5 教研室 意见 年 月 日 系 部 主 管领导意见 年 月 日 3 3 设计作品名称 或课题 设计作品名称 或课题 二阶有源低通滤波器 3 13 1 电路设计原理图 电路设计原理图 在本次试验中设计一个有源低通滤波器 截止频率 fC 1kHz 通带电压放大倍数 Auo 2 在 f 10fc时 要求幅度衰减大于 30dB 图 1 二阶有源低通滤波器原理图 一 有源二阶低通滤波电路 一 有源二阶低通滤波电路 1 压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图 1 所示 其传输函数为 2121221211 2 2121 11 1 11 1 RRCC s CR A CRCR s RRCC A sA uo uo u 22 2 c c cuo s Q s A 其归一化的传输函数 1 1 2 LL uo Lu s Q s A sA 其中 为品质因数 c L s s Q 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 6 通带内的电压放大倍数 3 4 1 R R Auo 滤波器的截止角频率 cc f CCRR 2 1 2121 221211 1 1 11 CR A CRCRQ uo c 为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响 应使 4321 RRRR 将上述方程与 联立求解 可得 3 4 1 R R Auo 214 RRAR f 1 4 3 f A R R 为了使运放输入端对地电阻平衡 在求解电路参数时 还要外加一个等式 R1 R2 R3 R 若在 给定有源二阶低通滤波器的截止频率为 fc 2kHz 电压增益为 Av 2 品质因素为 Q 0 707 的 情况 下 选择集成运放的型号为 A741 并取电容 C 0 01 F 然后将 C 0 01 F Q 0 707 Av 2 Fc 2kHz 已知条件代入上述求出的性能参数 方程和 R1 R2 R3 R4 表达式就构成了四元三次方程组 解该方程组得电路参数为 R1 5 63K R2 11 25K R3 R4 33 76K C1 C 0 01 F 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 7 3 23 2 仿真和性能测试与分析 仿真和性能测试与分析 在 Multisim9 软件下仿真的波形图 图 2 输入输出信号波形 幅频特性曲线 图 3 幅频特性曲线 本次试验要求的截止频率 fC 1kHz 在 f 10fc时 要求幅度衰减大于 30dB 根据仿真的数据 可知基本上符合 二阶有源低通滤波器 2009043209 09 通信 2 彭雄亮 8 4 4 心得体会 心得体会 这次的模拟电子基础课程设计 我们完成了从设计到制作的完整过程 在这期间学到了很多 关于模电理论和实践方面的知识 受益匪浅 虽然遇到了很多困难 但我也深深的体会到了其中 的乐趣 它也让我对模电的知识有了更切身的理解 我们制作的是在书上出现过的 但是要通过我们所学的知识完全自行思考和设计出电路 在 查找了许多有关方面的资料 以及观察分析了许多集成运算放大器后 我们最终设计出了自己的 电路 期间我发现我们所学的理论与实际还是有很大的区别的 于是我们通过理论联系实际 最 后我们确定了自己的合理的原理图 进行了分析和元件参数的一定程度的修改 之后我们又对电 路图进行了仿真 在使用 Multisim 仿真的过程中 我们第一步是绘制滤波器的原理图 接着根据计算的结果 设置元件的各种参数 最后就要应用 Multisim 的仿真功能观察了电路交流扫描分析等各种仿真 分析 得出了相应的仿真图形 通过理论与结果的比较 我们对电路元件参数进行了相应的修改 最后得到了较为合理的原理图 短暂几天的课设 让我深切的体会到模电这门课程的作用和意义 并且对其有了更深的理解 对于我们以后的实践有着极大的作用 另外 通过这次课设让我们进一步的了解到了仿真软件的 重要作用 这次课设不论是在理论知识还是在具体实践都有了极大的提高 在以后的学习中 我们会不断的摸索 不断实践 更好的利用各种手段帮助我们提高 使我们 更好的理解所学的知识 弥补实践的不足 由理论联系到实际 深