中频信号滤波放大整形及移相电路

中频信号滤波放大整形及移相电路PAGEPAGE4概述本设计在实际中主要用于对中频信号进行滤波，放大，整形及移相。滤波器主要功能是对信号进行处理，保留信号中的有用成分，去除信号中的无用成分。一般的当我们接收到一个信号的时候，它并不是可以被我们直接观察和分析的，而而是只有在通过一定的电路使之进行放大、滤波、整形输出以后，才可以变成是让我们可以进行分析和观察的处于稳定状态的信号。所以说对于一般的信号，必须经过有整流电路、滤波电路、放大电路组成的功能模块以后才会变成是对人类观察研究有益的信号。它能应用于生活、生产、工业、农业、军事科技、探测收索等众多方面。本实验的设计思路和基本原理：首先将输入信号通过一个高通滤波器进行滤波放大，然后再通过一个施密特触发器进行整形，得到方波，最后通过一个全通滤波器进行移相，移相范围是0-180°。设计方法：信号的滤波放大所用的高通滤波器可以用FilterPro软件设计得出，信号整形用的施密特触发器可以用555定时器得到，移相电路采用全通滤波器电路。报告组成：：封面，任务书，报告三大部分。其中报告分为概述，方案论证，电路设计，性能的测试，结论，性价比，课设体会及合理话建议，参考文献九部分组成。本实验最终同过Multisim仿真实现了设计初的目的，通过斯密特触发器将输出的波形整形成方波，通过全通滤波器对方波进行了0-180°的移相。方案论证主要设计方案就是一个可以将中频正弦信号放大滤波后转换为方波信号的电路，并对方波进行0-180°移相。电路设计总方案：用高通滤波放大电路把固定频段的中频信号过滤出来并进行放大，再通过555芯片构成的施密特触发器使信号整形为方波信号，最后进行方波0-180°移相。基本方案：根据设计要求用FilterPro设计一个高通滤波放大电路，设计参数通带增益Ao=10db，通带频率fc=200kHz，通带增益纹波Rp=1db，截止带频率fs=120kHz，截止带衰减-14db。然后是由555芯片组成的施密特触发器，滤波电路之后的信号进入到由555芯片组成施密特触发电路，可以将正弦波转化为同频率的方波。最后是移相电路，通过全波滤波器可以对方波进行移相且幅度不变，移相范围是0-180°。原理图如图1所示。图1中频信号滤波放大整形及移相电路原理框图设计基础：FilterPro是一款很好的滤波器设计软件。通过所给一些参数设计出需要的电路，其中所用的电阻的阻值和电容的容抗都会在软件设计的电路中体现出来。最后将设计出的电路图由Multisim软件进行仿真，前面加上函数信号发生器，后面加上由555电路搭成的施密特触发电路，最后加上设计好的移相电路，这样，仿真电路就完成了。此电路可以将信号发生器的信号过滤放大整形成同频率的方波信号，并可以移相。高通滤波放大电路的设计是通过FilterPro软件实现的,仿真是通Multisim实现的，因此具备科学性；可行性：本电路的大部分参数都是通过软件得出的，一部分数据是通过自己的反复调试得出的，参数环境符合要求，具备可行性；有效性：本电路由高通滤波放大电路，整形电路和移相电路组成，最后的仿真结果也达到了实验要求。电路设计高通滤波放大电路用FilterPro设计一个高通滤波放大电路，设计参数通带增益Ao=10db，通带频率fc=200kHz，通带增益纹波Rp=1db，截止带频率fs=120kHz，截止带衰减-14db。高通滤波放大电路如图2： 图中THR和TRI接上一级电路信号的输出端，同时也是施密特触发器的输入端，输入为模拟信号，OUT端口接输出端，输出的波是数字信号。移相电路在该设计移相电路中可以采用全通滤波器电路来构成移相电路，该电路可以在0-180°范围内调节，并且可以保持幅度变化不大。其原理图如图4：在图4中如果取=,那么电路的放大倍数为1，也就是说幅值保持不变，相角=,故此电路可以产生0-180°的相移。电路中的其它参数值，可以通过计算得出。比如要产生180°相移，就要趋近。即，。用全通滤波器设计的移相电路图如图5：四、性能测试1.高通滤波放大电路的测试表1滤波放大电路整体参数通带增益A0(db)通带频率fc(Hz)通带增益Rp(db)截止带频率fs(kHz)截止带衰减（db）102001120-14通过以上数据可以用FilterPro软件设计出所需的高通滤波器，如图6。图6用FilterPro软件得到的高通滤波放大电路然后用Multisim12对所设计的高通滤波放大电路进行仿真，其中输入信号频率为200kHz，振幅为200mVp的正弦信号。图7高通滤波放大电路图7中的波特测试仪的图像如图8。图8200kHz正弦波特图通过观察波特测试仪左下角的数据，说明放大器设计是满足要求的。对于图中示波器，其中正弦波为输入信号的波形，通道A为输入的正弦波的波形，通道B为经过高通滤波放大电路输出波形。从图9中可以看出输出的波形仍然为正弦波，没有失真，幅值变大了，说明对输入信号进行了放大，可见与要求相符合，设计正确。表2中的数据是通过波特测试仪仿真结果得出，满足高通滤波器的设计指标，故可以判断其正确性。表2波特测试仪的测试结果频率（kHz）81.67590.374100110.65122.437135.478149.908165.875幅值(db)-21.076-17.558-14.043-10.539-7.06-3.636-0.3352.719频率（kHz）183.524203.092224.723248.659275.144304.45336.878505.006幅值(db)5.3277.2978.5689.279.6219.7829.8539.9052.整形电路施密特触发器整形电路图如图10，其中左端为输入端，接高通滤波放大电路的输出端，OUT端为输出端，图11为示波器的图样，其中A通道接入的是输入信号，B通道接整形输出信号，看图可知，输出为方波，幅值为5V，达到了预期的要求，设计正确。图10正弦波整形为方波图样3.移相电路设计全通滤波移相电路图如图11。图11全通滤波移相电路图右端为输入端，接上一级滤波放大电路的输出信号，即正弦信号，XSC3的A通道接整形输出的方波信号，B通道接移相输出的方波信号。图12移相的图样图13移相图样调节图12中的值可以改变移相的角度表3是当去不同的值时，方波移相的角度。从表3可知移相范围是-，故满足设计指标，说明此移相电路图设计正确。表3电阻值改变时移相的角度()0213279138192296移相角度电路整体性能测试表4电路整体输入输出关系输入200kHz200mV正弦波滤波放大电路输出200kHz445mV正弦波整形电路输出200kHz5V方波移相电路输出200kHz5V方波五、结论根据性能测试结果可以得出该高通滤波器可以将截至外的频率段滤掉。当输入的频率小于截止频率时，输出的波形就不明显或者没有输出波形，根据滤波器的频率和增益可以看出此滤波器达到了预期的设计要求。本实验的高通滤波器是由FilterPro软件设计得出，通带增益要求为10db，但实际设计的有一定的误差。电路的整形部分为555定时器构成的施密特触发器整形电路，但是，因为进过滤波放大后的信号的幅值太小，故不能使施密特触发器翻转，所以要加个参考电压，这样就能将正弦波整形为方波。移相电路由全通滤波电路构成，该电路的优点是，放大倍数为1，也就是移相后的波形的幅值不变，另外移相范围是0-180°，满足课设的要求。但是该电路的缺点是对于一定角度的移相，有失真现象。通过Multisim软件仿真，得出了相应的波形图，有失真波形出现，然后更换一些元器件，消除了失真现象，从整体性能的测试结果来看，实现了课设的要求。六、性价比本次课程设计是对中频信号放大滤波整形及移相的设计，在性能上看，电路可以实现上述要求，在价格方面，电路用到了运算放大器，555定时器，电阻和电容，这些都是基础器件，便宜，整个电路做下来不会超过10元。总体上看，此设计的性价比较高。七、课设体会及合理化建议通过本次课程设计，我熟悉了电路设计的一些基本要求，并能够独立的完成一定要求的电路设计任务。而且在原有的基础上加深了对所学知识的应用以及对仿真软件Multisim的熟悉。同时我发现了自己到现在为止还存在很多的不足，知识还是相当的缺乏。此次设计让我对设计工作有了全新的认识——设计者必须有广泛的基础知识，缜密的思路以及认真地工作态度和坚定的毅力。通过设计，发现自己的不足，找到了自己努力方向，改进方向。同时更让我认识到理论和实践必须相结合，通过理论指导实践，在实践中理解理论。建议就是老师可以让学生自由选择感兴趣的课题进行设计，这样可以提高学生的积极性，还有就是课题最好是日常生活中能经常遇到的课题。参考文献[1]童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006[2]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：高等教育出版社,2006年[3]陈汝全.电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社,2005[4]毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社,2005[5]刘润华等编著.现代电子系统设计.[M]大庆：石油大学出版社，1998年[6]王冠华编著.Multisim10电路设计及应用：国防工业出版社，2008年[7]黄智伟编著．全国大学生电子设计竞赛电路设计．[M]北京：北京航空航天大学出版社，2006年[8]孙余凯编著.精选实用电子电路260例.[M]北京：电子工业出版社，2007年[9]高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计（第二版）：电子工业出版社，2005[10]丁士圻编．模拟滤波器：哈尔滨工程大学出版社，2004年[11]杨兴瑶等编著.实用电子电路500例:化学工业出版社，2006年附录Ⅰ总电路图附录Ⅱ元器件清单序号编号名称型号数量1XFG1信号发生器200kHz12XBP1波特测试仪13