orcad二阶有源滤波器的分析

题目 题目 高等电路作业 学生姓名 Xxx 学生学号 xxxxxxxxx 专业班级 dddddddddddddddd 学院名称 dddddddddddd 导师 dddd 第一题 电路如图所示 1 分析电路的功能 2 设电阻的独立容差为 1 电容的独立容差为 5 分析其主要性能指标的分 布情况 并输出 500 次蒙特卡洛分析的分析结果 包含节点电压 中心频率 带宽的全部 500 次结果 3 设其性能指标的要求为 输出带宽为 4 7kHz10 中心频率 10kHz5 计 算这批产品的产合格率 4 设电阻的独立容差为 5 电容的独立容差为 2 设其性能指标的要求为 输 出带宽为 4 7kHz10 中和电容的批容差为 5 设其性能指标的要求为 输出 带宽为 4 7kHz10 中心频率 10kHz5 计算这批产品的产合格率 解答步骤 解答步骤 1 电路功能分析 电路功能分析 从题目所给的电路图结构来看 它是二阶带通滤电路 又因为它带有一个 1V 的交流电压源 所以为二阶有源带通滤波电路 图中 R3 C1组成低通 网络 C2 R2组成高通网络 两者串联就组成了带通滤波电路 2 蒙特卡洛分析 蒙特卡洛分析 参数计算 参数计算 为了计算简便 设 R3 R4 R R2 2R C1 C2 C 由 KCL 列出方程 可导出带通滤波电路的传递函数为 2 3 1 sCRsCRA sCRA sA VF VF 式中 AVF为同相比例放大电路的电压增益 要求 AVF New Simulation Profile 并命名好 之后会弹出如 下对话框 参数设置如图 点确定之后 就可以运行了 运行之后出现下面的波形 下面的波形显示了该 电路的运行特性 即只允许频率为 10kHz 左右的波通过 所以为带通滤波电路 其中心频率为 10kHz 并查看 500 次结果的带宽柱状图 查看下降 3db 处的中心频率直方图 查看带宽直方图 其节点电压 中心频率 带宽的全部 500 次结果输出到文本 保存路径为 这是节点电压 中心频率的 500 次结果 这是带宽的 500 次结果 用 excel 输出 这是中心频率的输出结果 这是带宽的输出结果 性能分析 性能分析 从该电路的输出结果可以看到 它的中心频率为 10kHz 带宽为 4 7kHz 能够满足滤波要求 3 合格率计算 合格率计算 合格率的标准为输出带宽为 4 7kHz10 中心频率 10kHz 5 即带宽为 4230Hz 到 5170Hz 中心频率为 9500Hz 到 10500Hz 从输出的 excel 表可以看到满足带宽要求的有 451 次 满足中心频率要求的有 488 次 共同满足这两者需求的有 441 次 所以合格率为 441 500 100 88 2 4 将电阻的独立容差改为 5 电容的独立容差改为 2 经过仿真 得到波 形图如下 中心频率直方图和带宽直方图如下 将这两个直方图输出到 excel 中 按带宽要求计算合格率为 201 500 100 40 2 中和电容的批容差设为 5 按以上步骤进行仿真得到如下的中心频率直方图和 带宽直方图 将这两个直方图的数据输出到 excel 中 按照要求输出带宽为 4 7kHz10 中 心频率 10kHz 5 即带宽为 4230Hz 到 5170Hz 中心频率为 9500Hz 到 10500Hz 可统计到满足这两者要求的点一共有 206 次 所以合格率为 206 500 100 41 2 5 分析 分析 这次设计的二阶有源带通滤波电路 在确定好中心频率和带宽之后 首先 进行了参数设计 然后在 orCAD 中进行了 500 次蒙特卡洛分析 经过 500 次蒙 特卡洛分析之后 可以得到满足中心频率和带宽要求的次数 从而得到该批产 品的合格率 从合格率的分析可以看到 电阻的独立容差为 1 电容的独立容差为 5 时的合格率为 88 2 电阻的独立容差为 5 电容的独立容差为 2 时的合格率为 40 2 电阻的独立容差为 5 中和电容的批容差为 5 时的合格率为 41 2 首先 容差分析的目的在于分析电路的组成部分在规定的使用温度范围内 其参数偏 差和寄生参数对电路性能容差的影响 并根据分析结果提出相应的改进措施 电路性能参 数发生变化的主要表现有性能不稳定 参数发生漂移 退化等 造成这种现象的原因有 1 组成电路的元器件参数存在着公差 2 环境条件的变化产生参数漂移 3 退化效应 从实验结果可以看出随着电路中电阻元件和电容元件的容差的变化 产品的合格率变化 非常大 电阻的独立容差影响较电容又更大 电容的独立容差较批容差而言 更为苛刻 所以我们每