四阶带通滤波器

电子系统设计实验报告电子系统设计实验报告 姓姓 名名 指导教师指导教师 专业班级专业班级 学学 院院 提交日期提交日期 2011年11月1日 目目 录录 第一章第一章 设计题目设计题目 1 1 1 设计任务 1 1 2 设计要求 1 第二章第二章 原理分析及参数计算原理分析及参数计算 1 2 1 总方案设计 1 2 1 1 方案框图 1 2 1 2 原理图设计 1 2 2 单元电路的设计及参数计算 2 2 2 1 二阶低通滤波器 2 2 2 2 二阶高通滤波器 3 2 3 元器件选择 4 第三章第三章 电路的组装与调试电路的组装与调试 5 3 1 MultiSim 电路图 5 3 2 MultiSim 仿真分析 5 3 1 1 四阶低通滤波器 5 3 1 2 四阶高通滤波器 5 3 1 3 总电路图 6 3 3 实际测试结果 6 第四章第四章 设计总结设计总结 6 附附 录录 附录 元件清单 附录 Protel 原理图 附录 PCB 图 正面 附录 PCB 图 反面 参参 考考 文文 献献 1 第一章第一章 设计题目设计题目 1 1 设计任务设计任务 采用无限增益多重反馈滤波器 设计一四阶带通滤波器 通带增益 0 1A 设计方案如图1 1所示 1 L fkHz 2 H fkHz 图图1 1 四阶带通滤波器方案图四阶带通滤波器方案图 1 2 设计要求设计要求 1 用Protel99 画出原理图 计算各元件参数 各元件参数选用标称值 2 用Mutisum对电路进行仿真 给出幅频特性的仿真结果 3 在面包板上搭接实际电路 并测试滤波器的幅频特性 4 撰写设计报告 第二章第二章 设计方案设计方案 2 1 方案设计方案设计 2 1 1 方案框图方案框图 如图如图 2 1 1 图图 2 1 1 四阶带通滤波器总框图四阶带通滤波器总框图 2 1 2 原理图设计原理图设计 本原理图根据结构框图组成了 4 个二阶滤波器 上面两个分别为 2kHz Q 0 541 A 1 的低通滤波器和 2kHz Q 1 306 A 1 的低通滤 c f c f 波器 下面两个分别为 1kHz Q 0 541 A 1 的高通滤波器和 c f 1kHz Q 1 306 A 1 的高通滤波器 其中 P1 P2 P3 作为接线座用来接 c f 线 原理图如图 2 1 2 具体参数计算见 2 2 节 ViVo 二阶低通滤波器 二阶低通滤波器 二阶高通滤波器 二阶高通滤波器 2 图 2 1 2 四阶带通滤波器原理图 2 2 单元电路的设计单元电路的设计 2 2 1 二阶低通滤波器二阶低通滤波器 二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图 2 2 1 所示 该滤波器电 路是有 低通级以及 积分器级组成 这两级电路表现出低通特性 通 1 R 1 C 3 R 2 C 过的正反馈对 Q 进行控制 根据对电路的交流分析 求得传递函数 H s 为 2 R 1312 2 11232312 1 1111 R R C C H s s s CRRRR R C C 将上式与二阶低通滤波器传递函数 2 0 22 c c c H H s ss Q 比较得 图图 2 2 1 二阶低通滤波器示意图二阶低通滤波器示意图 1223 1 c C C R R 2 0 1 R H R 12 2 2313223 C C Q R RRRRRR 直接采用这三个公式来计算 的值是非常困难 为了简化运算步 1 C 2 C 1 R 2 R 3 R 骤 先给确定一个合适的值 然后令 n 式中 n 是电容扩展比 A 为滤 2 C 1 C 2 C 波器直流增益幅度 可以从上述三个公式推得各电阻值的计算公式 3 2 1 2 1 1 41 2 c QAn R QC A 21 RR A 3 2 212 1 c R R C C 取 上式可进一步简化为 2 4 1 nQA 1 2 1 2 c R QC A 21 RR A 3 2 212 1 c R R C C 令 可得到滤波器中各项参数的计算公式为 0 2 1 c R C 2 12 4 1 CQA C 10 2RRQA 21 RA R 30 21RRQA 由此可见 只要确定的值 其余的参数可随之确定 2 C 滤波器中各项参数的具体计算步骤是 a 决定的容量 再用公式计算基准电阻 选取值为 2 C 02 1 2 c Rf C 0 R 2 C 3300pF 则基准电阻 02 1 214 2 c Rf Ck b 计算的电容值 1 C 2 12 4 1 7726CQA CpF c 计算的电阻值 1 R 10 222 29RRQAk d 计算的电阻值 2 R 21 22 29RA Rk e 计算的电阻值 3 R 30 2111 14RRQAk 由于需要取标称 这里取 1 精度的金属膜电阻的标称值 这里取 7750pF 取 取 取 1 C 1 R22 1k 2 R22 1k 3 R11k 同理可计算当 时各项参数1 306Q 3 3300CpF 取标称值 4 9 23Rk 9 31k 取标称值 5 9 23Rk 9 31k 取标称值 6 4 64Rk 4 64k 取标称值 4 45028CpF 47nF 2 2 2 二阶高通滤波器二阶高通滤波器 图图 2 2 2 二阶高通滤波器示意图二阶高通滤波器示意图 二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图 2 2 2 所示 利用相同的 分析方法可得到各元件参数的计算公式 取基准电容 0 0 033CF 4 时 则基准电阻0 541Q 02 1 216 076 c Rf Ck 各元件的参数计算如下 120 0 033CCCF 30 0 033CCAF 取标称值 10 212 97RRQAk 3k 取标称值 10 2127 83RRQAk 7 87k 则原理图中 7 3Rk 8 7 87Rk 567 0 033CCCF 同理当 时 计算的各元件参数 0 0 033CF 1 306Q 8910 0 033CCCF 取标称值 9 1 23Rk 1 24k 取标称值 10 18 9Rk 19 1k 2 3 元器件选择元器件选择 电阻的选择 这里取 1 精度的金属膜电阻的标称值 见附录清单 电容的选择 根据电阻的确定和规定的截止频率而选择 见附录清单 运放的选择 本电路选择了 TI 公司的八引脚的 TL082 双运放 TL082 是低成本 高速 双 JFET 输入运算放大器 使用于告诉积分电路 D A 转换电路 采样保持电路以及低输入失调电压 低输入偏置失调电流 高 输入阻抗等应用场合 其引脚功能 见表 2 3 表表 2 3 TL082 引脚功能引脚功能 其引脚图如下 见图 2 3 图图 2 3 TL082 引脚图引脚图 5 第三章第三章 电路的组装与调试电路的组装与调试 3 1 MultiSim 电路图电路图 在 MultiSim 里画出电路图如图 3 1 分别测四阶低通滤波器和四阶高通滤 波器输出端和总输出的幅频响应 图图 3 1 四阶带通滤波器四阶带通滤波器 仿真电路图仿真电路图 3 2 MultiSim 仿真分析仿真分析 3 2 1 四阶低通滤波器四阶低通滤波器 通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率为 1 998kHz 如图 3 2 1 图图 3 2 1 四阶低通滤波器幅频响应四阶低通滤波器幅频响应 3 2 2 四阶高通滤波器四阶高通滤波器 通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率为 993 639Hz 如图 3 2 2 图图 3 2 2 四阶高通滤波器幅频响应四阶高通滤波器幅频响应 6 3 2 3 总电路图 见图总电路图 见图 3 2 3 通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率分别为 987 46Hz 1 994kHz 如图 3 2 3 a b 图图 3 2 3 a 四阶带通滤波器幅频响应四阶带通滤波器幅频响应 图图 3 2 3 b 四阶带通滤波器幅频响应四阶带通滤波器幅频响应 3 3 实际测试结果实际测试结果 测试是在面包板上搭好电路 示波器用的是 TDS1002 型号测试 输入信号 是正弦信号 数据如表 3 3 2 PP VV fi kHz0 100 200 400 600 800 900 101 101 201 40 vo V0 040 050 080 250 640 921 221 421 581 73 fi kHz1 601 801 902 002 102 202 402 602 802 90 vo V1 771 691 611 541 421 301 000 830 630 46 表表 3 3 有源带通滤波器实际测试结果有源带通滤波器实际测试结果 数据分析 通过数据可以看出输出电压存在衰减 但输出信号大致和仿真时图 形一致 存在的误差主要来于所使用的元件参数不是理论计算出来的值 同时 也存在仪器误差 和人为误差 但都在误差允许范围内 所以本电路是可以使 用的 第四章第四章 设计总结设计总结 本次课程设计由于是个人独立选定课题 所以在此过程的开始时基本上所 有人都在自己独立思考 同时又由于设计所采用的仿真软件 Multisim 和制板软 件 DXP2004 在此之前基本不是很熟悉 因此本次课程设计的前期多半是在摸索 中前进 当然付出中会有收获 本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的 东西 增加了我的自信心 同时也加强了自己的动手能力 当我看到由我自己 设计的东西由想法变成实物时 我的心里充满了成功的喜悦感 附附 录录 附录附录 元件清单元件清单 电阻个数电容 瓷片 个数电解电容个数 1 24K13 3nF26 8uF2 3K17 5nF1 4 64K133nF6 7 87K147nF1 9 31K20 1uF2 11K1 19 1K12P 插