通信1123班2组有源带阻滤波器课设报告

1、科学通信学院电子电路仿真和CDIO三级项目的设计设计说明书(2012/2013学年第二学期)主题： RC有效带阻滤波器专业班：通信工程级11级3级学生名称：师景福、赵路阳、金泽明、王梦梦杨建彪、麻志浩、董亚贤、学位： 2308、2309、2310、2311、2313、2314、2315、指导教师：马永强、贾少锐、李晓东、付佳设计频率：两周2013年7月5日目录一、5v直流电源41.1概要41.2设计要求41.3系统原理41.4电子部件41.5电路41.6 multisim模拟结果51.7制作过程51.7.1焊接制作51.7.2测试6二、RC正弦波振荡器72.1实验原理72.1.1 RC串联正反

2、馈网络的选择频率特性82.1.2具有稳定振幅的负反馈分支电路102.2实验内容112.3实验过程和示波器波形122.3.1焊接制作122.3.2测试13三、RC有效带阻滤波器143.1内容摘要143.2设计任务143.3实验要求143.4实验原理143.5方案选择143.6电路设计、参数计算及部件选择153.6.1电路设计153.6.2参数计算153.6.3部件选择153.7实验设备163.8实验内容163.8.1模拟的概要163.8.2模拟的具体步骤163.8.3实验项目和测试方法173.8.4焊接制作183.8.5示波器的滤波效果193.8.6实验数据203.8.7谱图203.9误差分析2

3、03.10实验总结21参考文献.21附录.21一、5v直流电源1.1概要为RC有效带阻滤波器和信号发生器供电。1.2设计要求5v直流电源1.3系统原理变压器整流过滤器稳定化AC220VDC5V图1系统图首先，变压220V的高压，变压器的具体灯比由下段的电路决定。 变压后的电流保持交流状态，通过整流电路就变成脉冲直流。 滤波电路可以消除脉冲，但输出的直流电压不稳定。 最后，稳定电路大大提高了电压的稳定性，整个过程如图1所示。1.4电子部件(1)0.1F电容器2个(2)2200F电容器2个(3)470F电容器2个(4)470电阻2个(5) 1个lm 7805 CT (6) 1个lm 7905 CT

4、(7)整流桥1个(8)发光二极管2个(9)一个变压器(10 )一个面包板1.5电路1.6 multisim模拟结果1.7制作过程1.7.1焊接制作根据上述电路图，对面包板进行了布局设计和布线焊接。 得到的实物图如下所示。直流电源的实物图1.7.2测试万用表测得的电源为4.98v和4.98v，在误差范围内，该电源满足设计要求。万用表实物测试图二、RC正弦波振荡器2.1实验原理71. 56数码光碟5V741c2.c20.022uFu。R432R210 kR350 k25%R510 kR1d1.d1d2.d24VEE公司-5V5k70%0.022uF5k70%c1.c1图(a) RC正弦波产生电路R

5、C正弦波振荡器的实验电路如图1所示。图(b)Multisim模拟电路图图(c)Multisim模拟振荡器的输出波图1 RC正弦波振荡器该电路是具备作为基本放大器的输送和频率选择功能的正反馈网络，具有稳定功能的负反馈网络。2.1.1 RC串联正反馈网络的选择频率特性电路结构如图2所示。 一般来说，两个电阻值和两个电容值分别相等。 从分压关系得到的正反馈网络的反馈系数公式：命令的话，上式就变成了根据上式可以得到RC串联正反馈网络的振幅特性和相位频率特性的式和对应曲线(图3和图4所示)。-是-是图2F-9090图4的相频率特性曲线图3频率特性曲线0三分之一0从特性曲线图可知，当=0时，正反馈系数为最

6、大值的1/3，反馈信号与输入信号为同相位，即F=0，满足振荡条件下的相位平衡条件时，谐振=0=1/RC成为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率如果输入信号的角频率低于0，则反馈信号的相位超前，并且相位差变为正值；而如果输入信号的角频率高于0，则反馈信号的相位延迟，且相位差变为负值。2.1.2具有稳定幅度的负反馈支路从以上分析可见，正反馈选择频率网络在满足相位平衡的条件下，其反馈量最大是三分之一。 因此，为了满足幅度平衡条件，由负反馈网络构成的负反馈放大器的放大率为3倍。 为了打起精神，必须提高三倍以上。 该放大器与同相比例放大器连接，并且因为放大因子需要满足=1，所以该放大器连接到2。 因

7、此，在线路上设置音量来调节。为了防止输出波形失真，有必要在负反馈分支电路上连接非线性装置，以自动调整负反馈量。 方法有各种各样。 有连接热敏电阻的，也有连接场效应晶体管的(电压控制装置)，本实验利用二极管的非线性特性实现了稳定幅度。 其稳定幅度原理可以从二极管的伏安特性曲线中求解。 如图5所示。身份证光碟PS 2PK 1VD1VD2q1.q1Q2图5二极管的伏安特性曲线的弯曲部分具有非线性特性。 从图可以看出，PN结在q点的等效动态电阻当然是q点的等效动态电阻，也就是说，当振荡器的输出电压幅度变大时，二极管的等效电阻减少，负反馈量变大，抑制输出正弦波幅度的增大，实现稳定幅度。通过Rp来调节负反

8、馈量，将振荡器输出正弦波控制为较小的幅度，正弦波的失真度小，振荡频率接近估计值，相反失真度变大，振荡频率低。 这是实验中应该注意的。2.2实验内容1 .参照图1(b )构建模拟电路，用示波器观察输出波形。2 .根据振荡要求，电压负反馈电路的电压放大率稍大于3，调节音量Rp使电路振荡，测量输出好(采取尽可能小的振幅，输出失真小)的正弦波，并测量输出正弦波的电压有效值Vo。3 .测量振荡频率fo(1)用示波器测定fo用示波器内的光标测量功能读取t，求出fo。(2)通过函数信号发生器的频率计功能测量振荡频率f0振荡电路的输出电压与函数信号发生器的“计数器输入”端连接，按下函数信号发生器的“外测频率”

9、的各相关控制键，函数信号发生器的5位LED显示器上就显示被测量信号的频率f0。将测定结果填写在表1中表1C1 (uF )C2 (uF )R2 (K)R4(K)F0 (PS )0.0220.0222.02.03.5200.0220.0223.53.52.0310.0220.0225.05.01.4272.3实验过程和示波器波形2.3.1焊接制作根据上述电路图，对面包板进行了布局设计和布线焊接。 得到的实物图如下所示。图(a )信号发生器的实物图2.3.2测试用示波器测量的波形如下图所示，频率可以用滑动电阻器调整。图(b )实物波形图三、RC有源带阻滤波器3.1内容摘要带通滤波器是对输入信号的频率

10、选择性的二端口网络，使一个频率(通常为一个频率范围)的信号通过并且衰减或抑制其他频率的信号幅度。 带阻滤波器的功能在规定频带内不能通过信号，或者经历了大的衰减，但是在其馀频率范围内信号可以顺利地通过。 本实验的目的是通过传输路径741设计有源带阻滤波器的电路。3.2设计任务使用通用运算放大器741来设计有源带阻滤波器电路。3.3实验要求有源电压：-5V5V；中心频率：2KHz带宽： 1.6K-2.4KHz；输入信号频率： 1.05.0KHz。3.4实验原理带阻滤波器是用于不让某一频带范围内的信号通过而使其馀频率的信号通过的滤波器。 可以通过并联连接低通滤波器和高通滤波器，添加加法电路，使低通滤

11、波器的截止频率fH低于高通滤波器的截止频率fL来构成带阻滤波器。 fH和fL之间的频带是带阻滤波器的阻带。 电路图如下图所示3.5方案的选择外围电路由电阻电容网络构成，通过电阻电容的谐振来实现电阻作用。 用741芯片的放大器实现增益作用。 通过选择适当的电阻电容值，调整中心频率和带宽，可以实现实验要求。3.6电路设计、参数计算及零件选择3.6.1电路设计低通滤波器：截止频率： f=1/2*R*C高通滤波器：截止频率： f=1/2*R*C通过并联连接两个基本电路，可以获得带阻滤波器电路。3.6.2参数计算中心频率f0=1/(2RC)=2kHz；质量系数Q=1/2(2-Aup)=2.5；带宽BW=

12、2(2-Aup) f0=0.8；Aup=1 (R4/R3)=1.8；R1=R2=2R5=3.618k；C1=C2=C3/2=22nF。3.6.3部件选择主题中给定的带宽为0.8KHz，代入公式，就能求出Kf=1.8，即RF=1.8Rf，因为选择大电阻值，电路更稳定，所以RF电阻值为120K。由于中心频率为2KHz，所以代入式就能得到r和c的值关系。 从电路常识知道电容器小时电路的动作稳定，所以选择小的电容器，设C=22nF，代入c的值时r能取的值约为3.618k，取R1和R2时为3.618k。 实际连接时，发现不能准确地实现3.618k，考虑到实际连接电路时的便利性，为了减少元件数，将3.3K

13、、330的电阻一个个串联地设为3.63 k的电阻，近似地实现了3.618k的电阻，但在实际实验中由此得到元件参数，实际选择了元件： 22nF电容器4个，3.3k电阻4个，330电阻4个，120K电阻1个，150K电阻1个，再有741芯片1个，引线数个，面包1个。3.7实验设备(1)信号发生器(2)直流稳压电源5v(3)741芯片(4)电阻3.3K(4个)、330(4个)、120K、150K(5)电容器22nF(4个)3.8实验内容3.8.1模拟的概要(1) .按照设计的实验电路在multisim12上连接电路图，根据自己的学习状况查找资料，由此修正电路图。(2)根据参数间的关系及其相关式，计算

14、符合要求的中心频率及其带宽。(3)模拟电路，看是否符合要求。 如果不满足条件，适当地进行调整，直到满足要求。(4)通过调节电阻r和电容器c来改变中心频率和带宽，考虑电阻电容器如何变化，就会引起中心频率的移动和带宽的伸缩。3.8.2模拟的具体步骤用于模拟的电路图：调节中心频率为2KHz、通带为1.6KHz2.4KHz时的各自的电阻值，模拟波形如下1、示波器输入输出波形：2、光谱图：3.8.3实验项目和测试方法1 .选择元件后，如图所示连接电路，特别注意正负电源的连接，避免芯片烧损。 选择实验室C=22nF的电容器后，根据f0=1/(2RC)=2kHz计算R=3.618K，因为找不到3.618k的

15、电阻，所以将3.3K和0.3K串联近似，实现了3.618k的电阻。 因为找不到1.809k的电阻，所以通过3.63 k和3.63 k的并联近似实现了1.809k。 44nF电容器也并联实现了2个22nF电容器。2 .信号发生器连接到电路的输入端，示波器的两个输入端分别连接到电路的输入端和输出端。3 .调节信号发生器以使输出峰值为80mV，频率为2KHz的正弦电压。4、观察示波器，观察电路输出端是否为正弦波信号，否则，说明电路连接错误，检查电路输出稳定的正弦波信号。5 .改变输入信号的频率，观察示波器的输出信号的变化特征，如果在2KHz附近有明显的衰减，说明电路功能正在正确实现，否则继续寻找错误，修正电路，直到满足要求。6 .交流毫安连接到电路的