二阶有源带通滤波器的设计

设计任务书 一 设计目的 掌握二阶压控电压源有源滤波器的设计与测试方法 二 设计要求和技术指标 带通滤波器 通带增益2 中心频率 1kHz 品质因数 Q 0 707 要 up A 0 f 求设计电路具有元件少 增益稳定 幅频响应好等特点 2 设计内容及步骤 1 写出电路的传递函数 正确计算电路元件参数 选择器件 根据所选 器件画出电路原理图 并用 multisim 进行仿真 2 安装 调试有源滤波电路 3 设计实验方案 完成滤波器的滤波性能测试 4 画出完整电路图 写出设计总结报告 三 实验报告要求三 实验报告要求 1 写出设计报告 包括设计原理 设计电路 选择电路元器件参数 multisim 仿真结论 2 组装和调试设计的电路检验该电路是否满足设计指标 若不满足 改变 电路参数值 使其满足设计题目要求 3 测量电路的幅频特性曲线 4 写出实验总结报告 前言前言 随着计算机技术的发展 模拟电子技术已经成为一门应用范围极广 具有 较强实践性的技术基础课程 电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革 为了培养学生的动手能力 更好的将理论与实践结合起来 以适应电子技术飞 速的发展形势 我们必须通过对本次课程设计的理解 从而进一步提高我们的 实际 动手能力 滤波器在日常生活中非常重要 运用非常广泛 在电子工程 通信工程 自动控制 遥测控制 测量仪器 仪表和计算机等技术领域 经常需要用到各 种各样的滤波器 随着集成电路的迅速发展 用集成电路可很方便地构成各种 滤波器 用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比 其波形质量 幅度和频 率稳定性等性能指标 都有了很大的提高 滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途 现在我们通过对滤 波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器 我们通过对电路的分析 参数的 确定选择出一种最合适本课题的方案 在达到课题要求的前提下保证最经济 最方便 最优化的设计策略 RC 有源滤波器设计 1 1 总方案设计 1 1 1 方案框图 RC 网络 反馈网络 放大器 图 1 1 1 RC 有源滤波总框图 1 1 2 子框图的作用 1 RC 网络的作用 在电路中 RC 网络起着滤波的作用 滤掉不需要的信号 这样在对波形 的选取上起着至关重要的作用 通常主要由电阻和电容组成 2 放大器的作用 电路中运用了同相输入运放 其闭环增益 RVF 1 R5 R4 同相放大器 具有输入阻抗非常高 输出阻抗很低的特点 广泛用于前置放大级 3反馈网络的作用 将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端 称为反馈 其中的 电路称为反馈网络 反馈网络分为正 负反馈 1 1 3 方案选择 1 关于滤波器类型的选择 一阶滤波器电路最简单 但带外传输系数衰减慢 一般在对带外衰减性 要求不高的场合下选用 无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较 敏感 在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器 当要求带通滤波器的通带 较宽时 可用低通滤波器和高通滤波器合成 这比单纯用带通滤波器要好 2 运放的要求 在无特殊要求的情况下 可选用通用型运算放大器 为了满足足够深的 反馈以保证所需滤波特性 运放的开环增应在 80dB 以上 对运放频率特性的 要求 由其工作频率的上限确定 设工作频率的上限为 Fh 则运放的单位增益 宽带应满足下式 BWG 大于等于 3 5 AefH 式中为滤波通带的传输系数 如果滤波器的输入信号较小 例如在 10mV 以下 则选低漂移运放 如果滤波器工作于超低频 以至使 RC 网络中电阻元件的值超过 100k 则应 选低漂移高输入阻抗的运放 2 元器件的选择 一般设计滤波器时都要给定截止频率 fc c 带内增益 Av 以及品质 因数 Q 在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之 数目 因此有许多个元件均可满足给定的要求 这就需要设计者自行选定某 些元件值 一般从选定电容器入手 因为电容标称值的分档较少 电容难配 而电阻易配 可根据工作频率范围按照表 1 1 3 初选电容值 表 1 1 3 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系 f 1 10 Hz 10 102 Hz 102 103 Hz 1 10 KHz 10 103 KHz 102 103 KHz C 20 10 F 10 0 1 uF 0 1 0 01 uF 104 103 pF 103 102 pF 102 10 pF 1 2 单元电路设计 1 2 1 原理图设计 1 2 2 滤波器的传输函数与性能参数滤波器的传输函数与性能参数 由 RC 元件与运算放大器组成的滤波器称为 RC 有源滤波器 其功能是让 一定频率范围内的信号通过 抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号 因受运 算放大器带宽限制 这类滤波器仅适用于低频范围 具有理想特性的滤波器是 很难实现的 只能用实际特性去逼近理想的 常用的逼近方法是巴特沃斯最大 啊平坦响应和切比雪夫等波动响应 在不许带内有波动时 用巴特沃斯响应较 好 如果给定带内所允许的纹波差 则切比雪夫响应较好 幅频特性曲线如下 1 2 3 已知条件与设计步骤 1 已知条件 已知滤波器的响应 滤波器的电路形式 滤波器的类型 滤波器的性能参数 fC Q BW 或 AV 2 设计步骤 1 根据截止频率 从表 1 1 3 中选定一个电容 C 的标称值 使其满足 K 100 fCC 如带通 K 100 f0C 1 2 3 注意 K 不能太大 否则会使电阻的取值较大 从而使引入增加 通常取 1 K 10 2 从设计表中查处与 AV对应的电容值及 K 1 时的电阻值 再将这些阻值乘 以参数 K 的电阻的设计值 类型传输函数 带通 A s Av 02s Q s2 cs Q c2 3 实验调整并修改电容 电阻值 测量滤波器的性能参数 绘制幅频特性 表 1 2 3 电路设计表 c 二阶带通滤波器设计表 性 能 参 数 c2 1 R2C 1 R1 1 R3 Q 0 BW 或 f0 BW BW 0 707 幅频 特性会出现峰值现象 在 Q 0 707 情况下 当 f fn 时 20lg Au Auf 3dB 即 特征频率 fn 就是滤波器的截止频率 并且 Q 越大曲线越尖锐 3 3 心得体会 心得体会 武亚军 本次试验我组要负责电路图设计和电路的仿真和调试 感受与前几次 不同 该课题原理较简单 很容易理解 下手操作 但是真正开始设计的时候 却也不那么简单 参数的计算 元器件的选择很是烦琐 调试的过程非常考验 耐心 但是总的来说完成此次课程设计过程中对我们的启发很大 我和我的组 员收获都挺大 回想起此次课程设计过程中 遇到不明白的问题时 我们小组 一起讨论分析 查阅相关参考资料 困难都迎刃而解 这使我深深感受到了团 队合作的力量 本学期模拟电子技术最后一次课程设计的完成 感触和当初有 很大的不同 经过这几次的实际锻炼 动手能力明显有很大的提高 对于电子 课题设计的相关思想也有一定的领悟 锻炼了独立思考能力 对电子电路相关 设计软件也基本能熟练掌握了 所以很感谢老师为我们提供的这次锻炼我们自 身能力的机会 石淑敏 在实验过程中我主要负责数据的计算 处理 分析 刚开接触这个 课题时候 令我很欣喜 因为我对滤波电路这一块相对较为熟悉 首先我按照 小组的分工开始进行数据的相关计算和处理 但我们组几次调试结果都和理论 值相差甚远 大家一度陷入困惑当中 最后各自反思自己的部分 发现我的数 据处理的问题 事实上这块还有很多细节很容易闹混 尤其是这块的电阻参数 和两个截止频率很容犯错 通过此次课程设计 使我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的有关 知识 尽管在设计过程中虽然遇到了一些问题 但经过一次又一次的思考 一 遍又一遍的检查终于找出了原因所在 也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺 和经验不足 实践出真知 通过亲自动手制作 使我们掌握的知识不再是纸上 谈兵 课程设计诚然是一门专业课 给我很多专业知识以及专业技能上的提升 同时又是一门辩思课 给了我很多思 给了我莫大的空间 同时 设计让我感 触很深 使我对抽象的理论有了具体的认识 回顾起此课程设计 至今我仍感 慨颇多 从理论到实践 在这段日子里 可以说得是苦多于甜 但是可以学到 很多很多的东西 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识 而且学到了很多在 书本上所没有学到过的知识 从理论中得出结论 才能提高自己的实际动手能 力和独立思考的能力 张金波 在实验过程中我主要负责资料检索 整理以及编写报告 此次课程 设计 我主要负责资料检索 通过上网查找资料 去图书馆查阅相关书籍 为 小组成员积极提供帮助 同时整理数据整理资料 编写实验报告 在课程设计 过程中 我们不断发现错误 不断改正 不断领悟 不断获得最终的检测调试 环节 本身就是在践行 过而能改 善莫大焉 的知行观 这次课程设计终于顺 利完成了 在设计中遇到了很多问题 最后都经过不懈努力解决了 在今后社 会的发展和学习实践过程中 一定要不懈努力 不能遇到问题就想到要退缩 一定要不厌其烦的发现问题所在 然后一一进行解决 只有这样 才能成功的 做成想做的事 才能在今后的道路上劈荆斩棘 我认为 在这学期的实验中 不仅培养了独立思考 动手操作的能力 更重要的是 在实验课上 我们学会了更多学习的方法 回顾起此课程设计 至今我仍感慨颇多 从理论到实践 在这段日子里 可以说得是苦多于甜 但 是可以学到很多的东西 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识 而且学到了 很多在书本上所没有学到过的知识 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际 相结合是很重要的 只有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实 践相结合起来 从理论中得出结论 才能真正为社会服务 从而提高自己的实 际动手能力和独立思考的能力 在设计的过程中遇到很多问题 但可喜的是最 终都得到了解决 实验过程中 也对团队精神的进行了考察 让我们在合作起来更加默契 在成 功后一起体会喜悦的心情 果然团结就是力量 只有互相之间默契融洽的配合 才能换来最终完美的结果 此次设计也让我明白了思路即出路 有什么不懂不明白的地方要及时请教 或上网查询 只要认真钻研 动脑思考 动手实践