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模拟电路课程设计报告设计课题： 语音滤波器的设计 专业班级： 08电信（本） 学生姓名： 钟武峰 学号：080802049指导教师： 曾祥华 设计时间： 20010年 语音滤波器的设计一、设计任务与要求分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；抑制50Hz工频干扰信号压控电压源的品质因素Q=1，无限增益多路反馈的品质因素Q=2，增益AV1；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、方案设计与论证由设计要求可知，此次设计的主要目的是设计出能抑制50HZ工频信号的滤波电路。即在输入端加入不同频率的语音信号后，在50HZ左右的信号将能受到抑制，而超出这个抑制范围的信号将能够通过，所以应选用带阻滤波器实现功能。其次，应分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法进行设计。其次用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的稳定的正负直流电源，联系课本，即可用桥式整流电路和电容滤波电路和稳压管稳压电路构成。一，电流源设计：要求输出电流源设计思路： 1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。由设计要求可知，设计中的整流部分，应该也必须用桥式整流电路。直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成1.电网电压5稳压电路4滤波电路3.整流电路2.。电源变压器 1 2 3 4 5二，语音滤波器的设计方案一、将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路输出电压求和，即得到带阻滤波器。其中，低通滤波器的截止频率fp1应小于高通滤波器的截止频率fp2，可设定(fp2-fp1)=100HZ进行设计。电路图如下图一，图二。 图一（由压控电压源构成） 图二（由无限增益多路反馈构成）方案二：利用无源LPF和HPF并联构成无源带阻滤波电路，然后接同相比例运算电路，从而得到带阻滤波电路。可利用典型的双T带阻滤波器实现所要求功能。电路图如下图三，图四。 图三（压控电压源带阻滤波电路） 图四（无限增益多路反馈带阻滤波器）与方案二比较，方案一在原理上符合实验要求，但不实用，基本上得不到要求结果，并且所需元件数量过多，降低了电路的可靠性和稳定性。而且对于接下来的焊接过程加大了很多负担，加之参数计算繁多。方案一是比较实用和成熟的电路，所以我选用方案二三、单元电路设计与参数计算1.电源部分要产生正负12伏的直流电源，则在市场上我们选购220/15v的变压器用来降压。（1）整流电路 2）工作原理1.当 u2 0时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-。2.当 u2 0时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+。3）输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV) 4）脉动系数5）二极管的选择 每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。（2）滤波电路 滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。输出电压平均值当负载开路时 当RLC（35)T/2时3稳压二极管稳压电路整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：负载变化 电网电压波动。（1） 利用三端稳压来构成稳压电路输出电压较高，接一保护二极管 D，以保护集成稳压器内部的调整管。LM7812和LM7912的输出电压分别了正负12伏图中C2和C3是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小一般小于1微法，我们可以取C2=C3=0.1图中电容C4和C5是用于消除输出电压中高频噪声，可取小于1微法的电容，也可以去几微法或几十的电容，一边输出较大的脉冲电流，我们可以取C4=C5=12，语音滤波器部分一，用压控源电路选电路图如图三所示，已知中心频率f0=50Hz.参考相资料可取 C=47000pF,根据 f0=1/2RC=50Hz 则R=1/(2504700010-12)=67.7取标称值R=68,1/2R用两只68电阻并联，电容2C可用两只47000pF电容并联。 由Q=1/2(2-Aup)=1,可得Aup=1.5。 由Aup=1+Rf/R1=1.5,则Rf=0.5R1,由运放同相与反相两输入端外接直流电阻平衡的要求，可知 R1Rf=268=136可求得 R1=408取标称值R1=390+18组成。求得Rf=204,去标称值Rf=180+24二，用无限增益多路反馈电路选电路如图四所示，由中心频率f0=50Hz，可取C=470nF即0.47uF.查图可得，对应参数K=5.查表可得，当K=1时，电阻R1=0.796Q=1.592,R2=R1/(Q-1)=0.531,R3=1.0,R4=4R1=6.368, R5=2.0，取增益Av=2,则R6=2.将上述电阻值乘以参数K=5，即得R1=7.96，用电位器10进行调节；R2=2.655，用10K电位器进行调节；R3=5K，同样用10K电位器进行调节，R4=31.84，用50K或100K电位器进行调节；R5=10K,R6=10K,增益Av=R6/R3=2.以上集成运放均用uA741实现。四、总原理图及元器件清单1总原理图 （压控电压源带阻滤波电路） （ 无限增益多路反馈带阻滤波器）2元件清单元件序号型号主要参数数量备注R1Passive68K4个可换成电位器R2Passive390K1个R3Passive180K1个R4Passive18K1个R5Passive24K1个R6Passive10K2个R7Passive10K3个电位器R8Passive100K1个C1C2PassivePassive47000pF0.47uF4个2个U1UA7413个五、安装与调试（一般分静态调试与动态调试两大内容）电流源部分根据设计的电路图，焊接电路板，首先对电流源电流的安装，接通电源后显示LED灯均未亮，失败，检查电路是因为整流二极管的管脚判断错误，将其整改后接通电源，测试7812和7912输出得到+12.06和12.08的输出电压测试。语音滤波器部分一，静态调试由于在设计和制造集成运放时，除输入级两输入端无输入偏置电流通路外，已解决了内部各晶体管的偏置问题。因此在线性应用时，只要按技术要求，提供合适的电源电压，运放内部各级工作点就是正常的。二，动态调试.（1）调节信号发生器的幅值，保持不变，调节信号函数发生器的频率使之在阻带内，观测输入，输出波形和输出电压增益，并记录通带时的增益，计算阻带增益，与设计值比对，若相距过大，可通过调节电位器，使之达到设要求（2）调试时，逐渐增大信号发生器的输出信号频率观测输出波形及幅值，幅值在增大至某一段时下降，当幅值下降至0.707Uop所对应的频率即为下限截止频率fL.,继续增大输入信号频率，当幅值降至以最低点后将会逐渐上升，当再次上升至0.707Uop时，所对应的频率即为上限截止频率。（3）所设计滤波器的通带增益Aup必须小于3，电路才能稳定工作，若Aup=3，电路产生自激振荡，若电路产生自激振荡，可通过减小反馈电阻Rf以消除自激振荡。 六、性能测试与分析（要围绕设计要求中的各项指标进行）（无详细测试过程和数据处理、误差计算与分析，设计报告视为不合格）一直流电压源部分正确焊接电路板，正确连接号电路，用万用表和数字毫伏表可测得如下数据：1.副边电压为U1=16.6v,U2=-16.8v2.滤波后电压U3=22.1v,U4=-22.1v3.输出电压Uo1=12.06v,Uo2=-12.08v4.稳压电势差U1=22.112.06=10.04V U2=22.112.08=10.02V二，语音滤波器部分将电路板的输入输出与信号发生器，示波器与数字毫伏表正确连接起来，由5Hz开始连续调节信号发生器，直至输出信号的幅值达到或接近设计要求Au=1.5为止，测得数据如下：一，压控电压源带阻滤波电路中Uo=20.0mv Au=1.55Hz10 Hz15 Hz20 Hz25 Hz29.60mv28.42 mv27.51 mv26.24 mv24.50 mv30 Hz35 Hz40 Hz45 Hz50 Hz21.44 mv17.12 mv12.00 mv6.08 mv3.45 mv55 Hz60 Hz70 Hz80 Hz100 Hz4.34 mv8.86 mv16.14 mv19.83 mv24.08 mv由上述数据，建立坐标，得到如下幅频特性图：二，无限增益多路反馈带阻滤波电路中，Uo=100mv,Aup=25Hz10 Hz20 Hz30 Hz40 Hz195.6mv189.9 mv183.5 mv164.3 mv87.5 mv50 Hz60 Hz70 Hz80 Hz90 Hz53.8 mv136.0 mv158.6 mv170.6 mv175.8 mv100 Hz150 Hz200 Hz300 Hz400 Hz179.5 mv185.7 mv187.8 mv189.5 mv191.0 mv其中，当记得分别在f=35Hz和在f=62Hz左右时Au=0.707Aup,即Ui=138.3mv时候由上述数据，同样可得到如下幅频特性图：误差计算一直流电压源部分1.副边电压为U1=16.6v,U2=-16.8v2.滤波后电压U3=22.1v,U4=-22.1v3.输出电压Uo1=12.06v,Uo2=-12.08v4.稳压电势差U1=22.112.06=10.04V U2=22.112.08=10.02V理论值为：U1=15V,U2=-15V U3=18V,U4=-18V Uo1=12v,Uo2=-12v误差为副边电压误差 =100%=10.6% =100=12滤波电压误差 =100%=22.7% =100=22.7输出电压误差 =100=0.5 =100=0.7二，语音滤波器部分压控电压源电路中，1，测得Aup=29.6/20=1.48.理论值应为1.5。则可得相对误差=|测得值-理论值|/理论值=1.33%2，测得Q值，Q=1/2(2-Aup)=0.96,而理论值为1. 则可得相对误差=|测得值-理论值|/理论值=4%无限增益多路反馈电路中1， 测得Aup=195.6/100=1.956,理论值为2. 则可得相对误差=|测得值-理论值|/理论值=2.2%2， 测得当Au=0.707Uop时，可取得上限截止频率fH=62Hz,下限截止频率fl=35Hz.,即得BW=fH-fl=27Hz则可得Q=fo/BW=1.85,而理论值为2.则可得相对误差=|测得值-理论值|/理论值=7.5%误差分析1， 参数计算过程中，人为因素，产生计算误差。2， 在商店可购得的元器件，如电阻电容等，不可避免的产生一些系统误差，如精度过低等，会导致偏差。3， 焊接过程中，实用不同电阻率的导线，也会产生不同的系统误差。4， 所使用的电位器，再调节电阻时，也不可能完全调节到理论值，同样会产生部分误差。5， 焊接电路正确，测试时连接正确时，因所处环境和设备条件等问题，会产生在特定条件下的系统误差。七、结论与心得通过这次课程设计，我们基本上掌握了初级设计的设计方法，学会了如何把所学的理论知识与实际运用相结合起来。 在获得设计要求后，要首先把那些要求转换为自己所学的东西，比如此次课程设计就是运用关于带阻滤波器的知识将设计能抑制50Hz左右的频率的带阻滤波器。其次，在电路图的选用和参数计算上，应该自己去查阅相关资料，自学一部分参数计算方法。买器件前，应该先列好所要购买的原件清单，不要过分相信自己的记忆力；并且应带好必要的测试工具，选好的器件后，应对相关的器件如电阻等进行简单的测试，看是否符合要求。在经济条件允许的条件下，可尽量备份相应量的电位器。在焊接过程中，如要临时变换元件，不应急于焊接，应先冷静下来进行元件选用，如本次设计中关于压控电压源带阻滤波部分，若因为没有68K的电阻而换用电位器时，没必要用两个100K的电位器调到68K进行并联，直接用一个100K电位器调到34K即可。其次，要仔细分辨好二极管或电容的极性，如我在本次电源焊接过程中就因为二极管的管脚判断错误，导致电流源设计部分的整流部分二极管PN装反，电流源达不到预期的结果。还有，在焊接过程中，不应忽视保护电路部分，如保险丝和保护二极管等以后都应记得焊上。在调试和测试过程中，如果多次调节未能出现预期结果，则首先应检查的是不是焊接过程出现错误，比如少焊了根线，而不应该急于怀疑原理问题。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、电子技术课程设计指导，彭介华主编，高等教育出版社（2000）4、555集成电路实用大全，郝鸿安等主编，上海科学普及出版社5、电子技术基础实验研究与设计，陈兆仁主编，电子工业出版社