二阶有源带通滤波器

．模拟电路部分设计1．1设计任务与要求二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。电子线路课程设计是模拟、数字电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练。这种训练是通过学生独立完成某一个或两个课题的软、硬件设计，电路的装配、调试与测试，课题功能的实现，设计报告的撰写等任务，使学生能够综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践相结合，独立完成课程设计。要求学生学会查阅文献资料和手册，了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；熟悉计算机辅助设计的方法，对电子电路进行软、硬件设计和仿真，培养综合设计的能力；掌握常用电子仪器的使用方法和电子电路的安装与调试技能，提高学生的动手能力，综合实践能力，独立分析和解决实际问题的能力。并同时培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。具体任务：二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。*基本内容：根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。进行上机仿真得出幅频特性、相频特性。给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。*提高内容：前面提到的其它特性仿真。在指定电路板上，用指定型号的运放器(LM358/LM358/LM741)，按指定的外部引线方式搭接电路供自己调试和实际测评。电路形式，元件参数和内部接线方式不限。*测试评价内容：中心频率fo=10KHz，以最接近1KHz为最佳。3db带宽不小于400Hz带内平整度小于1db矩形系数K=幅度降至0.707的带宽与0.1处带宽之比。*测试条件：通带内电路信号不失真。外加测试信号源内阻50欧姆。电路输出负载10K欧姆。单电源供电12伏。1．2方案比较与确定1.2.1方案比较方案一：无源带通滤波器无源带通滤波器原理图如图2-1-1所示低通滤波器低通滤波器输入信号高通滤波器电压放大输出信号图1-2-1无源带通滤波器方框图方案二：压控电压源二阶带通滤波器压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图如图3-2-2所示。输入信号经低通电路、高通电路过滤后，再经放大器放大输出。图1-2-2有源二阶带通滤波器1.2.2元器件及设计图比较在模拟实验中，实验室常用的运算放大器有以下几种：LM324、LM358、LM741。下面对这其中两种放大器的特性进行比较。方案一：LM741LM741是高增益运算放大器，提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。{1}图1-2-5双电源LM741仿真图方案二：LM358LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。图1-2-4双电源LM358仿真图1.2.3方案确定就实验题目要求来看，压控电压源二阶带通滤波器的衰减速率可以满足题目要求，并且比简单二阶带通滤波器在中心频率上电压放大倍数要优越，而且其硬件电路不是很复杂，有利于在实验室的试验箱上操作，故我们选择LM741压控电压源二阶带通滤波器作为最终方案。1．3整体电路设计1.3.1总体方案介绍压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图如图1-3-1所示。输入信号经低通电路、高通电路过滤后，再经放大器放大输出。图1-3-1压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图1.3.2整体电路设计原理典型的二阶带通滤波电路及其幅频特性曲线如图1-3-2所示。图1-3-2二阶带通滤波器及其幅频特性它的传递函数为（式1-1）中心角频率为：（式1-2）通带带宽为：（式1-3）其中，（式1-4）根据题目要求，分别带入算式中得出可满足题目要求的电阻及电容值。最终确定的硬件电路电阻电容值如下：Rf=RF=4.7k；C1=C2=0.01uF；R1=2.0K；R2=2.0K；R3=2.4K；负载RL应题目要求设为4.7K。1.3.3软件仿真与测试分析仿真采用multisim软件，双电源压控电压源二阶带通滤波器电路图如图1-3-3所示。仿真结果如图1-3-4，1-3-5，1-3-6，1-3-7所示。图1-3-3双电源压控电压源二阶带通滤波器电路 仿真当输入频率在10KHz附近时：图1-3-4当输入频率远大于10KHz时：图1-3-5幅度:图1-3-6交流分析:图1-3-7实物图，如下列图所示1.如图1-3-8所示为中心频率频率为10kHZ，所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3，所用示波器型号为YB4320A，示波器图像如图1-3-9所示，模拟电路实验箱电路图如图1-3-10所示图1-3-8图1-3-91-3-10如图1-3-11所示Ui=11.2VU0=7.2V，fL1=2.977kHz，fH1=21.15kHz,所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3。图1-3-11如图1-3-11所示Ui=11.2VU0=7.2V，L2=195.9kHz，fH2=0.24kHz,所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3。图1-3-12Ui=11.2VU0=7.2VfL1=2.977kHz，fH1=21.15kHzfL2=195.9kHz，fH2=0.24kHzk=fH1-fL1/fH2-fL2=0.0981．3.4硬件仿真与测试分析首先先对双电源压控电压源二阶带通滤波器进行测试，随后对单电源压控电压源二阶带通滤波器进行测试（以下测试的图片是单电源的测试结果），并对测试结果进行比较。按仿真图接好电路后给试验箱上电，通过信号函数发生器作为扫频仪使用，通过示波器观察输出波形，并读取电压幅值。调节信号源输出信号频率，可观察到输出波形随频率的改变而改变，找到输出幅值最大的点，记录此时信号源频率以及示波器的峰-峰值，该频率即为滤波器的中心频率。将中心频率所对应的输出电压有效值×0.707，调节信号源频率，使示波器的峰-峰值为该值，记录该电压值所对应的两个频率后将两个频率做差，其结果即为电压衰减为3db带宽。

2．电子技术课程设计总结该设计利用模拟电路的相关知识，设定上线和下限频率，采用开环增益80dB以上的集成运算放大器，设计符合要求的带通滤波器。再利用Multisim12.0仿真出滤波电路的波形和测量幅频特性。通过仿真和成品调试表明设计的有源滤波器可以基本达到所要求的指标。3.心得体会本次课设是由我和同学共同合作完成的。合作提前做出了设计并完成了仿真，我认为这部分是最难的，从中我们认识到了模电的重要性。在设计过程中遇到了一些问题，使得我不得不得查找相关资料，在这个过程中，我在增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，让我我做事细心、用心、耐心的能耐。这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。并且通过这次的实验，让我对以往所学的知识有了更深入的了解，设计电路图，考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力，创新能力，连接电路，考验的是自己的耐心和认真程度，而分析电路，就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识，对各部分功能的准确分析。实习的过程中肯定少不了问题，通过对问题的分析研究，可以更好的认识电路，当然，和同学一起研究出现的问题，让我感受到了团队合作的魅力和力量，可以让我们的友谊更加深厚。总之，这次课程设计很好的提升了我分析问题和解决问题的能力。我对这次实验的总结就是一定要二心，即：细心，恒心。最后感谢老师的耐心指导和同学的支持。我会更加努力。

参考文献［1］网络资料.创华奇电子网站［2］童诗白，模拟电子技术基础，第四版，高等教育出版社，2006［3］康华光，电子技术