二阶高通滤波器的设计

1、模拟电路课程设计报告 设计课题： 二阶高通滤波器的设计 专业班级： 学生姓名： 学 号: 指导教师: 设计时间: 题目：二阶高通滤波器的设计 一、设计任务与要求 1 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; 2. 截止频率fc=100Hz 3. 增益 2; 4. 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(土12V) 二、方案设计与论证 根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路， 频率高于100Hz的信号可以通过, 而频率低于100Hz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数 即 Au(s)=Uo(s)/Ui(s)=1(1+sRC) 则可采用压控电压源二阶高通滤波

2、电路，或无限增益多路反馈高通滤波电路 1、万案一 采用压控电压源二阶高通滤波电路，由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电 路提供所需的正负直流电源(土 12V)。 电路如图1所示，其传输函数为: Au(s) AuoS Aus s2 1 R2C2 (1 Auo R1C 1 C1C2 R1R2 归一化的传输函数: Au(Sl) Auo sL 丄 sl 1 Q 其中：Sl -，Q为品质因数。 s 通带增益： Auo14 R3 截止角频率： c12 fc FR1 R2C1C2 c11(1Auo)1 QR2C1R2C2R1C1 f 1 截止频率： 02 RC 品质因数： Q1 3Aup 2、方案二 采用

3、无限增益多路反馈高通滤波电路，由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计 电路提供所需的正负直流电源（土 12V）。 电路如图2所示，该电路的传输函数为: Cl 2 AuoS s Au(s) C2 21 Cl 111 s R2 C2C3C3C2C2C3 R- R2 归一化的传输函数: Au(Sl) Auo 其中：Sl 2 Sl Qsl 1 ，通带增益：Auo C1 C3 截止角频率： cNR2C3C22 仁 c 1 C1 1 1 R2 C2C3 C2 C 图1压控电压源二阶高通滤波器 图2无限增益多路负反馈二阶高通 截止频率： fc 2 .RR2C3C2 品质因数： Q(C1 c2 C3)】C2R3

4、r2 Q 滤波器 3、方案论证两种方案相比较，第一种方案参数设计较第二种方案更为容易设计，并且第一种方案 的所用器材都很容易就能够买的到，而且第一种方案更容易做实验。所以我选择第一 种方案。 三、单元电路设计与参数计算 2、 整流与稳压过程 图4 1、稳压电源单元电路设计 电源 整流 滤波 稳压 + + + + + U1 变压器 U2 电路 U3 电路 U4 电路 U0 7 I 3、参数设计 1）直流电源电路的参数设计 由于要给集成块UA741提供正负12伏特的直流电压，则选用输出电压为 15V,功率 为20W 的变压器。整流二极管 D1、D2、D3、D4选IN4007（由于买不到IN4001

5、）, 其极限参数Urm 100,最大整流平均电流lp=1A,满足Urm 2 U2 ，最大整流平 均电流IP=1A lomax。滤波电容C的容量应满足RIC=（ 3-5） T/2,采用电解电容，电容 的电压值应该大于1、1 2U2,为获得较好的滤波效果则选用 C=3300uf的电解电容, C2选用0、22uf的瓷介电容，C3选择220uf的电解电容，在稳压电路选三端稳压器 W7812、W7912,它们的输出电压为12V,输出电流为 1、5A。 2）二阶咼通滤波器的参数设计 由增益Av=2, Av=1+Rf/R1所以选R仁Rf=10K欧姆的电阻，fp=100Hz,fp=12RC则选用 C=0 1u

6、f的瓷介电容，R3为14K欧姆的电阻，R4为18K欧姆的电阻，由于没有该种 类的电阻，则用两个20K欧姆的可调电位器替代，集成块用 UA741 四、总原理图及元器件清单 1、总原理图 U1 LM7812CT R3 C4 220nF C3 -220nF C1 生 3300uF-POL V2 100mV 20kHz 0Deg C10 100nF LINEVREG VOLTAGE 11 早 C2 亠 3300uF-POL * i* COMMON C6 1N4007 C5 220nF a 4 C7 220uF-POL LED1 220nF VOLTAGE LINEVREG U2 LM7912CT +

7、C8 土 220uF-POL U3 UA7 R6 10k 0 R5 10k| R2 -MA- 18.2k R4 14.0k C9 -II- 100nF 16 13 ZL R1 ,1.0k 10 LED2 1.0k 2 元件清单 元件序号（名称） 型号 主要参数 数量 备注 变压器 输入220V、输 出 15V,P=20W 1个 带插头 D1 D4 （二极 管） 1N4007 各1个 保险管 Ip= 1个 电解电容G、2 3300uf/25V 2个 电解电容C5、6 220uf 2个 瓷介电容C3、4、7、 8 0、22uf 4个 集成块 UA741 1个 集成稳压器 W7812、 输出电压 各

8、1个 W7912 12V，输出电流 发光二极管 2个 瓷介电容C9、10 0、1uf 2个 电阻R1 20K欧姆 2个 电阻R2 1K欧姆 2个 可调电位器Rw 20K 2个 五、安装与调试 1 焊接 工具：电烙铁 在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元 件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚 焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查 是否断路和短路。 2调试 工具：万用表、示波器，信号发生器，数字毫伏表 用小螺丝刀调节电位器 R3的电阻为14K欧姆，R4的电阻为18K欧姆，接入220 伏特的

9、交流电压，信号发生器的输出信号为 f=1KHz,Ui=1O0 2mv的信号，在输出端 测得输出电压Uo=201、6mv,减小频率使得f=100 Hz,则输出端Uo =161、2mv,与 实际相差太大，则用螺丝刀微调节电位器，此时使得 Uo=141、2mv，在高频时输出电 压为输入电压的两倍，用示波器监测输出波形没有失真，故电路正确，调试完毕，可 以进行性能测试。 六、性能测试与分析 1。输出电压的测量 集一些 输入信号Ui=100、4 mv,改变频率测输出电压，并且在通频带时的频率要取得密 频率f/Hz 20 60 80 90 95 100 110 输出电压Uo/mv 14、87 90、0 1

10、19、5 131、4 136、5 141、2 148 6 频率f/Hz 200 500 800 1K 20K 50K 100K 输出电压Uo/mv 183、4 197、7 199、5 200、1 202、4 201。7 201。0 0 fp 压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性 2。数据处理与误差计算 在频率为高频时，U= （201、0+201、7+202、4）/3=201、7 mv 输入电压 Ui=100、4，贝U Av=U/Ui=201、7100、4=2、01 相对误差：s= （2、01-2） /2*100%=0、5% 当 fp=100Hz 时，Uo 理论=U*0、707=201、7*0

11、、707=142、6mv 实验测得Uo=141、2mv 则相对误差为 S= （142、6-141、2） /142、6*100%=1% 3、误差分析 产生该实验误差的主要原因有 1、输入信号不稳定会导致实验误差 2、由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路提供所需的正负直流电不是很 准，没有标准的正负 12 伏特，导致实验误差。 3、在参数设计时也会引入误差。 4、在计算过程中会引入计算误差。 七、结论与心得 结论 1、由实验可知，当频率 f 为通带截止频率 fp 时，输出电压 Uo 约为最大输出电压 的 0、707 倍，即 | Au | AuP |。 2、 由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，

12、只放大频率高于fp 的信号，我们可 把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。 3、 实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo 时使电 压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。 心得 我所做的实验相对于其他同学的实验来说，非常简单，电路也简单，焊接电路板 时也比较轻松， 。虽然简单，感觉自己还有很多东西要去学习，自己课本知识不是学 得很好，实验缺乏理论知识，所以，以后要加强理论知识的学习，并且电路焊接技术 也有待加强。总之，实验已经做完了，总体还是满意的。 八、参考文献 1童诗白、华成英模拟电子技术基础 （第三版） 2谢自美 电子线路设计、实验、测试 物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表 专业：电子信息工