武汉理工大学模电课设 (1).doc

武汉理工大学模拟电路课程设计任务书课程设计任务书学生姓名： 李立 专业班级： 电信1005 指导教师： 王绪国 工作单位： 信息工程学院 题 目: 多功能滤波器设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：集成运算放大器、电阻、电位器、电容若干，直流电源，或自备元器件。可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，函数发生器要求完成的主要任务: （1）设计任务根据要求，完成具有高通、低通、带通、陷波功能的滤波器电路的仿真设计、配与调试。（2）设计要求 截止频率可调； 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。时间安排：1、 第18周前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。 2、 第18周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录引言2第一章3一 设计目的3 二 设计任务及要求3第二章4 一 参数确定4 二 电路图的设计7第三章7 一 电路仿真验证7 二 实物焊接的技巧10总结 12参考文献 12 引言为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。通过实践制作一个多功能滤波器，学会合理的利用集成电子器件制作电路基于模拟电路的课程设计与制作。本次设计制作一个多功能有源滤波器，使用四个运算放电器，分别实现低通，带通，带阻，高通滤波电路，实现多功能滤波电路的设计。滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置。在工程上，常用它来进行信号处理，数据传送或抑制干扰等。以往滤波器主要采用无源元件R、L、和C组成，目前一般用集成运放、R、C组成，常称为有源滤波器。由RC元件与运算放大器组成的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。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。在一个实际的电子系统中，有时输入信号往往受干扰等原因而含有一些不必要的成分，应当把它衰减到足够小的程度。而在另一些场合，有时我们需要的信号和别的信号混在一起，应当 设法把我们需要的信号挑出来。要解决这些问题都需要采用有源滤波器 第一章 一 设计目的1.学习多功能滤波器的设计方法2.由滤波器设计指标计算电路元件参数3.掌握有源滤波器的测试方法二 设计任务及要求根据要求，完成具有高通、低通、带通、陷波功能的滤波器电路的仿真设计、配与调试： 截止频率可调； 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。 第二章 一 参数确定 要实现多功能具有高通、低通、带通、陷波功能的滤波器电路，就需要有四个运算放大器，每个运算放大器的输出端电压为U1，U2,U3，U4，那么有计算参数如下： 由以上各式可以得到A,B,C,D四个输出端口的电压增益分别为：，。以下各式为电压增益的复频域表示。 图二为各电压增益关于角频率的函数图像。图二由图中可以看出A端口输出电压在高频输入时正常输出，低频时信号被衰减，因此具有高通特性。B端口输出电压在低频与高频输入时都被衰减，因此具有带通特性。C端口输出电压在高频输入时被衰减，因此具有带通特性。D端口输出电压在中频输入时被衰减，因此具有带阻特性。综合以上分析，多功能滤波电路可以同时实现高通，带通，低通，带阻四种滤波特性。滤波电路的截止频率为,前文中的各个各式构成了确定多功能有源滤波器电阻，电容的原则。若改变滤波器的高低通截止频率，可调节电路中电容值或电阻值。二 电路图的设计 电路图设计如图2.2所示 图2.2 第三章一 电路仿真本次制作采用Proteus仿真软件仿真。首先在软件工作区绘制电路源理图，并确定个电路元件的值，如图3.1所示。采用不同频率的输入信号，观察，B,C,D四个输出端口的输出电压波形。其中A为高频输出，B为带通输出，C为低通输出，D为带阻输出。图3.1.1图3.1.2为高频信号输入，图中可以看出此时A，D端口正常输出，B,，C端口输出被抑制。图五为低频信号输入，图中可以看出此时C，D端口正常输出，A，B端口输出被抑制。由此可以看出此滤波电路中A断口具有高通特性，B端口具有带通特性，C端口具有带通特性，D端口具有带阻特性。图3.1.2图3.1.3图3.1.4中可以看出此时，三端口信号都可以正常通过，端口信号被抑制。此时信为中频输入。这说明高通，带通，低通频域具有交叉之处。此处频率的信号输入时，三端都有输出。图3.1.4二 实物焊接的技巧元件必须清洁和镀锡，电子元件保存在空气中，由于氧化的作用，元件引脚上附有一层氧化膜，同时还有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且立即涂上一层焊锡（俗称搪锡），然后再进行焊接。经过上述处理后元件容易焊牢，不容易出现虚焊现象。焊接的温度和焊接的时间 焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。焊接时间太短，焊点的温度过低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。 焊接点上的焊锡数量不能太少，太少了焊接不牢，机械强度也太差。而太多容易造成外观一大堆而内部未接通。焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没，轮廓隐约可见为好。 注意烙铁和焊接点的位置，一般将电烙铁在焊接处来回移动或者用力挤压，这种方法是错误的。正确的方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊接点，这样传热面积大，焊接速度快。 焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。 最后按电路图焊接出来的电路板如图3.2所示 图2.2 总结本次设计主要通过模拟电路的知识设计出能够通过低频，高频，通带，阻带的多功能滤波电路。其中包括四部分电路，分别是低通滤波电路，带通滤波电路，低通滤波电路，带阻滤波电路。整个电路使用了四个集成运放。四个集成运放通过电阻和电容串接。四个集成运放分别构成了高通，带通，低通，带阻输出。二阶滤波电路的主要性能指标有通带增益，值及截止频率等。以为平台分析二阶多功能滤波电路，使用虚拟示波器等虚拟元件，采用交流分析方法和参数扫描分析方法，仿真分析了二阶多功能滤波电路的工作特性，及各元件的参数对输入输出的影响。通过仿真分析，仿真结果与理论计算相符。以前也焊接过很多东西，这是与以前的不同，需要我们自己去布线，然后焊接，我开始也不知道怎么焊接，最后上网查资料学习了一些知识以及问有经验的同学，他们告诉了我很多焊接方面的注意事项，比若说接地怎么焊，如何用焊锡走线等等，总之学会了很多，在布线的时候对电路图有了更加深入的理解，原理也更加的明晰。通过本次模拟电子技术基础课程设计，我进一步掌握了有源滤波器及示波器在测量时的注意事项和操作规范。与此同时，我了解了二阶多功能滤波电路的设计方案，并掌握了电路的调试方法，并且加深了二阶有源滤波器在现实生活中的实际运用。参考文献 【1】华成英，童诗白主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2006.5 【2】康华光主编.电子技术基础.模拟技术.高等教育出版社.2006.1 【3】谢自美电子线路设计、实验、测试（第三版） 华中科技大学