专题讲座资料（2021-2022年）二阶有源带阻滤波器课程设计报告要点

1、 淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013级课程设计论文 电子技术课程设计报告题 目： 二阶有源带阻滤波器 学生姓名： 刘笑 学生学号： 1314020120 年 级： 2013级 专 业： 电子信息工程 班 级： （1）班 指导教师： 沈晓波 电子工程学院制2015年5月10目录引言1一、课程设计目的：11.1 迎合现代电子技术发展的需要11.2 培养理论与实践相结合的能力1二、设计方案及基本知识：22.1 设计任务22.2 技术指标22.3 电路工作原理22.4 方案选择32.5 电路设计、参数计算及元器件选择32.5.1 基本低通、高通滤波电路3图232.5.2 高通滤波器

2、：32.6 参数计算42.7 元器件选择42.8 主要仪器名称及型号4三、课程设计原理：53.1 滤波器基本介绍：53.2 数字滤波器的原理：53.3 设计原理：5四、课程设计内容与仿真：74.1 实验步骤：74.2 模拟电路图：8五、课程设计总结及体会：95.1 课程设计总结：95.2 课程设计的体会：10参考文献10二阶有源带阻滤波器学生：刘笑指导教师：沈晓波电子工程学院 电子信息工程专业引言 有源带阻滤波器是采用通用运放OP07CD及其外围电阻电容网络实现的，通过电容电阻的谐振作用来实现带阻作用，通过运放OP07CD实现放大信号的作用。通过改变电阻电容值可调节阻带中心频率和带宽。在使用M

3、ultimism仿真时结果较理想，在实际电路中由于电阻、电容本身数值的误差以及接触不良问题，实际结果误差较大，但符合实验要求。一、课程设计目的：1.1 迎合现代电子技术发展的需要随着微电子技术的迅速发展,通用数字信号处理芯片的性能不断提高,数字信号处理得到越来越广泛的应用,而数字滤波器是数字信号处理的一个重要应用方面,在通信系统、数字仪器仪表、语音、图像处理等方面都是必不可少的部分,所以数字滤波器的设计显得尤为重要。本次实验在软硬件常规实验的基础上，运用“信号与系统”的理论知识，设计、分析、测试基本电路系统，初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。为学

4、生创造应用实践的契机，培养学生的自学能力和钻研能力。1.2 培养理论与实践相结合的能力随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际 动手能力。 滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤

5、波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。二、设计方案及基本知识：2.1 设计任务 采用通用运放OP07CD设计一个二阶有源带阻滤波器电路。2.2 技术指标通带电压增益：.输入信号频率范围：中心频率：阻带宽度：.输入信号电压：电源电压：±范围内可任选2.3 电路工作原理带阻滤波器即不允许某一频率带范围内的信号通过，而允许其余

6、频率的信号通过的滤波器。将低通滤波器和高通滤波器并联起来，再加上一个求和电路，并使低通滤波器的截止频率H低于高通滤波器的截止频率L，即可构成带阻滤波器。H和L之间的频带即为带阻滤波器的阻带。原理图如下图所示：图12.4 方案选择外围电路由电阻电容网络组成，由电阻电容的谐振实现带阻作用。通过LM324芯片中的放大器实现增益作用。通过选择恰当的电阻电容值，调整中心频率和带宽，便可以实现实验的要求。2.5 电路设计、参数计算及元器件选择2.5.1 基本低通、高通滤波电路低通滤波器：图2 截止频率：f=1/2*R*C图22.5.2 高通滤波器：截止频率：f=1/2*R*C 图3 将两个基本电路并联即可

7、得到带阻滤波电路。 2.6 参数计算 中心频率 fo =1/2*R*C 带宽 f2 f1 = 2 (2Kf) 增益 Kf = 1+RF/Rf Q点 Q = 1/2(2 - Kf) R1=R2=2R3=R C1=C2=C3/2 R5=RF; R4=Rf 2.7 元器件选择由于题目中给出的带宽为0.8KHz，代入公式可求得Kf=1.8 1.6，即确定了RF=1.8Rf RF=0.6Rf ，选择较大的电阻值可使电路更稳定，因此取RF阻值为8K。由中心频率为2KHz，代入公式可得R与C的取值关系。由电路常识知道电容较小时电路运行能更稳定，所以选取较小的电容，取C=1nF，代入C的值可得R的取值约为39

8、K，取R1和R2为78K。实际连接时发现不能精确实现78K，考虑到实际连接电路时的方便，为减少元件个数，使用51K、20K、5.1K电阻各一个串联成76.1K的电阻，近似实现78K的电阻，实际实验中发现对结果影响不大，中心频率有稍许偏差，但符合指标。由此得到元件参数，并结合实际选择元件：1nF电容两个，2.2nF电容一个，78K电阻两个，39K电阻一个，8K电阻一个，另外再加上LM324N芯片一块，导线若干，面包板一块。2.8 主要仪器名称及型号函数信号发生器：AS1634数字存储示波器：TDS-2002交流毫伏表：AS2173直流稳压电源：DF1731万用表、面包板、导线三、课程设计原理：3

9、.1 滤波器基本介绍：滤波是最常用的一种信号处理技术，是抑制干扰的一种有效途径，一般用来衰减信号频谱中需要消除的部分，增强有用的部分。简单的说就是，一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置便称为滤波器。3.2 数字滤波器的原理：数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。数字滤波的核心思想是突出有效波，抑制干扰波。根据有效波和干扰波的频谱特性差异进行滤波。一般是一个线性时不变系统,可以用下图所示的框图表示图43.3 设计原理：带阻滤波器是让某一频率范围内的信号分量通过，而对该频率范围外的信号分量大大抑制的

10、电容、电感与电阻等器件的组合装置。带阻滤波器理想幅频特性曲线如下图：图5本实验进行有源带阻滤波器的设计与分析，原理图如下：图6由教材中可知有源带通滤波器的传递函数为：G(s)=， =1为带阻滤波电路的通带电压增益；Q=0.5则滤波器的增益为：|A()|=1.0 （3-1）增益减小3dB时得=1上式变为：|A()|=3.0 （3-2）特征角频率：=100000hz （3-3）截止频率为：则可根据上式仿真在时域中的冲击响应、阶跃响应，以及不同激励信号下的零状态响应。四、课程设计内容与仿真：4.1 实验步骤：1、选好元件后，按图连接电路，尤其注意正负电源的连接，以免烧坏芯片。由于找不到8K的电阻，所

11、以采用5.1K和2K、1K串联近似实现8K的电阻。2.2nF电容也由两个1nF电容和两个0.1nF电容并联实现。2、将信号发生器连接电路的输入端，使示波器的两个输入端分别连接电路的输入端和输出端。3、调整信号发生器，使输出峰峰值为80mV、频率为5KHz的正弦电压。4、观察示波器，看电路输出端是否为正弦信号，若不是，说明电路连接错误，检查电路至电路输出稳定的正弦波信号。5、改变输入信号频率，观察示波器的输出信号的变化特征，如果在2KHz附近有明显衰减，说明电路功能实现正确，若不是，则继续寻找错误，修正电路，直至满足要求。6、将交流毫伏表连接到电路的输出端，测量输出信号的电压有效值，改变输入信号

12、频率为15KHz，观察并记录输出信号的有效值，最后由所记录数据得出电路的中心频率及其带宽。由数据得知，在实际电路中，由于电阻和电容的误差以及面包板的接触不稳定，中心频率略微偏移，达到了2.05KHz左右。带宽略大于要求带宽。1.6KHz和2.4KHz处增益衰减均大于3dB，两项指标均符合要求。4.2 模拟电路图：图74.3 仿真电路图：图8图9五、课程设计总结及体会：5.1 课程设计总结：本次综合性设计性试验当中，将模电与信号与系统的内容结合起来，自己设计了一个有源带阻滤波器，将理论与实践相结合，发现了自身里理论方面的不足，同时在实际试验的过程中，认识到了严谨实验的重要性，虽然本次实验中遇到较

13、多困难，但却增长了知识，增强了实践能力。在课成设计的初期，首先对本次课设的题目进行仔细分析和阅读，弄懂设计任务及要求。接下来开始查找有关带通滤波器的资料，对带通滤波器的概念进行系统的了解，对其工作原理进行理论分析，对几种有源带通滤波器的设计方法进行分析、比较，最终选择出一种比较合理的方案，根据该方案的电路图选择元器件的参数，用仿真软件Multisim进行仿真，经过仿真软件验证后，最后进行调试，调试过程中出现了一些。 从本次模拟带通滤波器的设计过程中，我学会对实际设计出的模拟带通滤波器的性能进 行分析，并理解了模拟滤波器的存在缺点，由于模拟滤波器的中心频率对电路元件(如电容，电阻)的参数十分敏感

14、，较难设计出合适的参数，而且电路元件的参数会随外界环境的干扰发生变化，这会导致中心频率的偏移，影响滤波结果的准确性。 在整个课程设计过程中，我学到了很多知识，动手能力得到了一定的提高，并掌握了带通滤波器的设计流程。在将来的电子电路学习课程中，我将更加努力提高自己查找学习资料、分析问题及解决问题的能力，争取今后得到更好的提高。5.2 课程设计的体会：1、在实际电路中得到的波形有一些相位失真，这很可能是因为各元件之间接触不好，芯片功能不够稳定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，说明这个有源带阻滤波器的设计方案还有需要改进的地方，外围电路中的电阻电容值还不够好。2、我从此次实验中收获了很多，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。经过实际的动手，才发现原来还有很多不懂的地方，通过实验，锻炼了动手能力，也加深了对书中知识的理解，认识到理论与实际之间的差距，体会到了实际动手的重要性。参考文献1、华中科技大学电子技术课程组编. 康光华主编. 电子技术基础（模拟部分）. 第5版. 高等教育出版社. 北京. 2006 . 23-42页2、傅丰林、陈建主编. 低频电子线路. 第2版. 高等教育出版社. 北京. 2003 . 69-78页3、谢自美. 电子线路设计. 华中科技大学出版社. 上海. 2000 . 85-98页4