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1、 模拟电子电路课程设计说明书 多功能有源滤波器设计 学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 何鹏兴 搭档姓名： 马慧强 指导教师：曹 才 开 职称/学位 教 授专 业： 自动化 班 级： 自动化1301班 学 号： 1330740114 完成时间： 2015年6月 多功能有源滤波器课程设计任务书学院：电气与信息工程学院 适应专业：自动化 指导教师曹才开学生姓名何鹏兴课题名称多功能有源滤波器内容及任务1、 设计内容 1、电路设计方案比较； 2、电路参数分析计算和选择； 3、单元电路设计并进行分析； 4、实物制作； 5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）； 6、撰写设计报告。 二、设计任务 1

2、设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，同时使用直流稳压12V的电源供电。拟达到的要求或技术指标1、 基本要求与指标 1、三种滤波电路截止频率为1.5kHz，也可自行调节； 2、通带内增益Avp=2，品质因素Q=1/2； 3、幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化； 4、能采用另一种方案设计多功能有源三通滤波器。2、 扩展要求与指标 进度安排起止日期工作内容4月16日至30日资料查阅5月1日至14日电路设计，电路仿真，元件购买5月15日至31日PCB板打印、制作，电路连接，电路调试6月1日至19日电路测试，实验室调试，数据记录6月20日至23日文档编辑6月26日答辩主要参考资

3、料1康华光电子技术基础模拟部分M北京：高等教育出版社，2015：413-450.2曹才开，张丹电路与电子技术试验M长沙：中南大学出版社，2009.152-155.3邱关源，罗先觉电路M北京：高等出版社，2013279-295.4薛鹏骞电子与通信电路计算机仿真一EwB虚拟实验室M北京：煤炭工业出版社，201053-82.指导教师意见签名：年 月 日教研室意见签名：年 月 日摘要 本课程设计说明书,对一种多功能有源滤波电路的频率特性进行了分析,给出了该种电路的低通、带通和高通参数仿真设计方法。该电路可以用于信号传输中,作为发射端的前置滤波电路而获得较为理想的信号;同时在频分多址通信系统中,利用该电

4、路可实现多种信号频段的划分。本次设计采用常用的仿真软件EWB对有源滤波电路进行仿真,仿真结果与理论分析结果基本一致。关键字直流稳压电源、高通滤波、带通滤波、低通滤波、EWB。目 录1 设计方案11.1 滤波器的简介与分类11.2 多功能滤波器设计目标11.3 设计思路与方案22 电路设计22.1 直流稳压源的设计3 2.2 多功能有源滤波器的设计与分析32.3 元器件清单52.4 电路仿真53 电路组装与调试73.1 印制电路板与安装（实物照片）73.2 调试过程83.2.1 高通滤波调试93.2.2 带通滤波调试93.2.3 低通滤波调试93.3 测量与分析93.3.1测量结果（数据，图）9

5、3.3.2 测量结果分析11结束语13参考文献14附录A 直流稳压电源部分附录B 元器件清单附录C uA741芯片图设计方案1.1 滤波器的简介与分类电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。 低通滤波器从0f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。带通滤

6、波器它的通频带在f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。带阻滤波器与带通滤波相反，阻带在频率f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。1.2 多功能滤波器的设计目标设计一个可以同时获得高通、低通和带通三种滤波特性的滤波器，同时使用直流稳压12V的电源供电。要求三种滤波电路截止频率为1.5kHz，也可自行调节；通带内增益Avp=2，品质因素Q=1/2；幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化；能采用另一种方案设计多功能有源三通滤波器。1.3 设计思路与方案方案一用一个求和电路输出三个信号，

7、再用三个Ua741分别实现高通、带通、低通功能电路，其方框图如图1所示。交流信号源反向积分电路，实现低通反向求和电路，实现带通反向求和电路，实现高通 图1 方案一原理方框图方案二通过比例、求和、积分等若干基本运算电路组合，外接几个电阻，就可实现多功能有源滤波功能，同时输出高通、低通、带通图像，用3个uA741，电容，电阻调节适当参数可实现，如图2所示。方案论证由于要同时实现高通、带通、低通功能，方案一计算不方便，电路复杂，接线不方便，易接触电阻，增大误差，制作难度大。两种电路比较起来，方案二更好,所以我选择方案二。电路设计2.1 直流稳压源的设计直流稳压电源的设计部分见附录A。2.2 多功能有

8、源滤波器的设计与分析图2 多功能有源滤波器原理图频率特性分析滤波电路由集成运放和RC网络组成，见图2。由图2可知由图可知， 带通输出电压： 低通输出电压： 高通输出电压：令 则令则滤波电路高通频响特性方程为： 同理得出滤波电路的带通和低通频响特性方程为：由于设计要求通带放大倍数为2，只要满足带通放大倍数为2，即则可得 再代入 取 所以当品质因素时，高通与低通具有理想的输出特性，滤波器的截止频率为。且通带宽度BW及其中心频率，都取决于电路的截止频率。以上几式构成了确定多功能有源滤波器电阻、电容值的原则。首先确定截止频率f0，选择合适电容C1，C2，并估算出电阻R值，再根据输出频率特性曲线理想原则

9、，根据R值选择电阻R3 ，R5。若改变滤波器的高低通截止频率，可调整电路中电阻值或电容的数值。可实现所谓可调节的多功能有源滤波器。2.3 元器件清单元器件清单见附录B。2.4 电路仿真 信号从反相端输入图3 多功能滤波器仿真原理图图4 低通滤波器波特图图5 带通滤波器波特图图6 高通滤波器波特图7 高低通波形图电路组装与调试3.1印制电路板与安装印制电路板：图8 直流稳压电源pcb板图 安装：按电路图布局好电路，之后焊接好电路板。图9 多功能滤波器实物图3.2 调试过程（1） 静态调试 用万用表对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。（2） 动态调试 接好电路，利用函数信号发生器

10、、数字毫伏表以及示波器来验证多功滤波器的功能。3.2.1 高通滤波调试输入信号为5V，改变其频率，使得输出电压为10v，则此放大倍数为2，减小频率使得输出的电压从输入的2倍刚要开始减小时停止，则此时的频率为截止频率。3.2.2 带通滤波调试 同样输入电压为5v，改变其频率，使得输出为输入的2倍，减小频率使得输出的电压从输入的2倍刚要开始减小时停止，则此时的频率为下限截止频率，增大其频率，使得输出的电压从输入的2倍刚要开始减小时停止，则此时的频率为上限截止频率，改变频率，从小到大，记录毫伏表的输出电压与信号发生器的频率。3.2.3低通滤波调试 输入信号为5v，改变其频率，使得输出为输入的2倍，增

11、大其频率，使得输出的电压从输入的2倍刚要开始减小时停止，则此时的频率为上限截止频率。3.3 测量与分析3.3.1实验数据 1）高通的输出电压测试 输入信号Ui=5V，改变频率测输出电压，找到输出电压的最大值，测试数据如表1所示，测试图像如图10所示。表1 高通的输出电压测试数据频率Hz输出电压V频率Hz输出电压V4.0k10.601.6k10.803.5k10.601.4k10.803.0k10.601.36k10.802.5k10.601.0k7.352.0k10.808005.301.8k10.806004.212）带通的输出电压测试输入信号Ui=5V，改变频率测输出电压，找到输出电压的最

12、大值，测试数据如表2所示。表2 带通的输出电压测试数据频率Hz输出电压V频率Hz输出电压V5003.871.2k10.806005.201.4k10.807007.371.7k10.808009.001.8k8.8098010.802.0K6.391k10.803.0K4.533）低通的输出电压测试输入信号Ui=5V，改变频率测输出电压，找到输出电压的最大值，测试数据如表3所示。表3 低通的输出电压测试数据频率Hz输出电压V频率Hz输出电压V40010.801.4k10.8060010.801.6k8.0280010.801.8k6.831k10.802.0k5.611.2k10.802.2k

13、4.59 图10 低通滤波幅频分析图 图11 高通滤波幅频分析图图12 带通滤波幅频分析图 图13 高低带通滤波相频分析图 4）由表1,2,3可知高通电路输出最高电压为10.8v，下限截止频率为=1.36kHz。带通电路输出最高电压为10.8v，中心频率为f0=1.34kHz,下限截止频率为=980Hz,上限截止频率为=1.70kHz。低通电路输出最高电压为10.8v，上限截止频率为f0=1.40kHz。3.3.2 误差计算及分析 （1） 高通 通带增益误差计算=(10.8-10.0)/10.0*100%=8.0% 截止频率误差计算 =(1.36-1.552)/1.552*100%=12.10

14、%（2） 带通 通带增益误差计算=(10.8-10.0)/10.0*100%=8.0% 中心频率误差计算 =(1.70-1.552)/1.552*100%=9.53%（3） 低通 通带增益误差计算=(10.8-10.0)/10.0*100%=8.0% 截止频率误差计算 =(1.40-1.552)/1.552*100%=9.80% （4）由于焊接技术有限，可能导致测量数据有误差。 （5）由于焊接使用的元器件值均非标准值有一定误差。 （6）由于数字示波器测试数据不稳定，导致误差。结束语1、 结论（1）通过整流、滤波、稳压电路可把交流电变为稳定的直流电源。（2）通过比例、求和、积分等若干基本运算电路

15、组合，外接几个电阻，就可得到低通、高通、带通滤波电路。（3）通过实物测试基本可以达到设计要求所述的截止频率，但若通过电位器重新设置截止频率和中心频率仍旧不甚理想，图像易失真，频率误差过大。2、 心得体会刚看到自己的题目时，感觉非常困难，简直无从下手，然后通过网上查资料、图书馆查找相关书籍以及和组员一起讨论终于把课程设计的作品和文稿完成。 通过这次课程设计，进一步熟悉multisium、EWB、AUTO AD等软件的使用，加深了对滤波电路原理的理解，也通过这次的课程设计多了和同学之间的沟通和交流，学会了团队合作。总之，虽然花了很多时间、精力，但是完成了这次的课程设计，做出了实现功能的作品，算是一

16、次真正的动手能力的测试，真正的把知识运用于实践。参考文献1康华光电子技术基础模拟部分M北京：高等教育出版社，2015：413-450.2曹才开，张丹电路与电子技术试验M长沙：中南大学出版社，2009.152-155.3邱关源，罗先觉电路M北京：高等出版社，2013279-295.4薛鹏骞电子与通信电路计算机仿真一EwB虚拟实验室M北京：煤炭工业出版社，201053-82.附录A 直流稳压电源模块直流稳压电源模块（1）设计电路所需的正负直流电源（12V）。其流程图如附图1所示。附图1 稳压直流电源方框图直流稳压电源是电子设备中最基本、最常用的仪器之一。它一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压

17、电路四部分组成。变压电路的作用是将220V的交流电变换成电路所需的低压交流电；整流电路的作用是将交流电变换成具有直流电成分的脉动直流电；滤波电路的作用是将脉动直流中的交流成分滤除，较少交流成分，增加直流成分；稳压电路的作用是对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。（2） 整流电路整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变成脉动直流电的电路。 参数的计算： a直流电压Uob直流电源Io c波动系数 参数选择根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择，即： （3）滤波电路电容滤波电路利用电容元件储能的特性，将整流后输出的脉动直流电压的能量储存起来，然后缓慢的释放给负载。参数的计算a. 耐压电流b放电时间常数范围c输入输出关系d波动系数 （4）稳压电路由整流滤波电路把交流电变成直流电的直流电源虽然结构简单，但它的输出电压不稳定。稳压电路的作用是对整流后的直流电压采用负反