课程设计--二阶有源低通滤波器

1、1.标题要求和方案演示1.1(设计主题)二阶有源低通滤波器1.1.1标题要求设计一个二阶有源低通滤波器。要求的截止频率f0=1000HZ；带内电压放大倍数A0=15，品质因数Q=0.707。分析了电路的工作原理，设计了电路图，列出了电路的传递函数，并正确选择了电路中的参数。1.1.2方案论证(1):在分析和处理信号时，我们经常会遇到无用噪声叠加在有用信号上的问题，有些无用噪声是与信号同时产生的，有些无用噪声是在传输过程中混入的。因此，从接收信号中消除或减少干扰噪声成为信号传输和处理中的一个非常重要的问题。根据有用信号和噪声的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。滤

2、波器分为无源滤波器和有源滤波器：无源滤波器：它由无源元件组成，如电感、电容和电阻有源滤波器：它通常由集成运算放大器和RC网络组成，具有体积小、性能稳定的优点。同时，由于集成运算放大器的增益和输入阻抗很高，输出阻抗很低，有源滤波器还具有放大和缓冲功能。有源滤波器可以突出有用的频率信号，衰减无用的频率信号，抑制干扰和噪声，达到提高信噪比或频率选择的目的。因此，有源滤波器广泛应用于通信、测控技术中的小信号处理。有源滤波器在功能上分为：低通滤波器(LPF)，高通滤波器(HPF)，带通滤波器(BPF)，带阻滤波器(BEF)，全通滤波器。前四个过滤器相互关联，LPF和HPF是双重的。当LPF的通带截止频率

3、高于HPF时，BPF由LPF和HPF串联而成，而BEF由LPF和HPF并联而成。在实际的电子电路中，可以同时使用几种不同类型的滤波器电路。滤波电路的主要性能指标包括通带电压放大系数AVP、通带截止频率fP和阻尼系数q工作原理：二阶有源滤波器是信号检测和传输系统中常用的基本电路，也是高阶滤波器的基本组成部分。二阶有源低通滤波器常用的电路类型有压控电压源型、无限增益多通道反馈型和双二次型。本课程设计采用压控电压源的设计主题。有源二阶滤波器的基本电路如图1所示：图1二阶有源低通滤波器的基本电路它由两个RC滤波电路和同相比例放大电路组成。在集成运算放大器的输出和集成运算放大器的同相输入之间引入负反馈。

4、在不同的频段，反馈的极性是不同的。当信号频率f f0 (F0为截止频率)时，每个阻容电路的相移趋于-90，两个阻容电路的相移达到-180。电路的输出电压与输入电压相反。因此，通过电容c引入集成运算放大器同相端的反馈是负反馈，反馈信号会削弱输入信号，降低电压放大系数，因此反馈会快速削弱高频端二阶有源低通滤波器的幅频特性，只允许低频端的信号通过。它的特点是高输入阻抗和低输出阻抗。传递函数为：称为通带增益称为等效质量因子被称为特征角频率然后上述公式是两段式低通滤波器电路的传递函数的典型表达式注：滤波电路工作稳定。(2)芯片介绍：产品类型：LM324N1.概述和特点LM324是由四个独立的运算放大器组

5、成的电路。它设计为在宽电压范围内与单电源一起工作，但也可以与双电源一起工作。该电路广泛应用于家用电器、工业自动化以及光、机、电一体化。它的胸部宽范围共模输入电压：0V VCC-1.5V包装形式：DIP14图2 lm 324n的物理图图3 LM324N引脚图1.2(培训主题)波形发生器和计数器1.2.1标题要求74LS138和两片74LS195用于形成模数为2-8的程序计数器。例如，当CBA输入111(除以8)时，QD输出除以8脉冲1.2.2方案论证表1。两位十进制加法计数器状态表计数脉冲数二进制数小数Q3Q2雌三醇环戊醚Q000000010001120010230011340100450101

6、5601106701117810008910019100000支撑芯片介绍：LM324M:运算放大器是一种廉价的四路运算放大器，具有差分输入功能。它可以在单一电源下工作，电压范围为3.0V-32V或16V。LM324M的特点是：冲刺保护输出、真差分输入级、单电源供电：3V-32V4、低偏置电流：最大100 na(lm 324 a)、每个封装4个运算放大器、内部补偿功能、共模范围扩展至负电源、行业标准引脚排列和输入端静电保护功能。图4:LM 324M的物理图74LS90D:74LS90是一个二进制五进制异步计数器，以000到111为例。首先，它连接到加法计数状态。当输出为1000时(即Q4处于高

7、电平)，Q4输出连接到R01和R02引脚(即异步设置为0)。此时，当计数达到1000时，它立即被设置为0，并且计数再次从0开始。1000的状态是暂时的。在状态转换图中，0000到0111是有效状态，1000是瞬态。从这个状态跳回来0000状态。(1)计数脉冲从CP1输入，QA为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，它是一个异步五位加法计数器。(3)如果CP2和质量保证连接，计数脉冲由CP1输入，QD、质量控制、质量控制和质量保证作为输出端，构成一个异步8421码十进制加法计数器。(4)如果CP1和QD相连，计数脉冲由CP2输入，以质量保证、QD、质量控制和

8、质量控制为输出端，则形成计数脉冲异步5421码十进制加法计数器。(5)清除并设置为9。a)异步清零当R0(1)和R0(2)都是“1”时；当S9(1)和S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。设置9个功能当S9(1)和S9(2)都是“1”时；当R0(1)和R0(2)为“0”时，实现设置9的功能，即QDQCQBQA=1001。图5: 74ls90d引脚图图6: 74ls90d真值表74HC4511:图7:7:74hc 4511引脚图两个电子电路的设计与实现2.1二阶有源低通滤波器我们的设计主题是二阶有源低通滤波器。要求的截止频率f0=1000HZ；带内电压放大倍数A

9、0=15，品质因数Q=0.707。它可以通过=0.707获得，因此低通滤波器的通带电压增加了=1.586选择C=82nF，选择标准电阻r=9.09k，射频=2.55k。为了使A0=15，需要连接另一个放大电路，以便第一级输出被放大9.43倍，并且总增益达到大约15。设计仿真电路如图所示：图8二阶有源低通滤波器仿真电路图十位二进制加法计数器的2.2电路设计根据主题要求，使用Multisim软件绘制以下电路图：图9模拟图的电路图根据模拟电路的电路图，设计如下接线图：图10 10位二进制向上计数器电路的模拟电路图根据接线图，电路板焊接如下图所示：图11两位十进制加法计数器的焊接电路板三个结果和分析3

10、.1二阶有源低通滤波器图12二阶有源低通滤波器仿真波形图(1)分析表明，该电路的截止频率约为989HZ，与标题要求略有偏差，这是由于电阻和电容设置的偏差以及通带中的电压放大系数在允许误差范围内造成的。图13二阶有源低通滤波器仿真波形图(2)新增输入信号的有效电压V1为120毫伏，波形如通道-A所示；输出电压波形如通道B所示，其最大电压约为2.570伏，因此输出电压的有效电压值uo为2.5700.707=1816.99(毫伏)；从以上分析可知，通带中的电压放大系数A0=Uo/Vi=15.14与目标要求的偏差非常小，在允许的误差范围内。综上所述，本课题组设计的二阶有源低通滤波器的仿真电路图符合课题

11、要求，是正确的。3.2两位十进制加法计数器的实现图14两位十进制加法计数器模拟波形图图15模拟流程图表2。误差分析：可变电阻值80k100k示波器周期网格数6.84周期性模拟值340ms400毫秒摘要：通过实验数据得出结论，当可变电阻值增加时，周期变大；当可变电阻的值减小时，周期减小。数值的误差范围在允许的测量范围内。错误原因分析：(1)电路板上元件的电阻值与实际电阻值有微小误差，所得结果与计算结果不同。(2)电路板焊接时，对元器件影响不大。(3)读数有偏差，连接示波器时元件的具体频率值和电阻值都是直接整数，不是原始值。因此，特定期间的计算值存在差异。(4)焊点和焊丝也有一定的电阻。四个总结和经验经过两个星期的实习，我们学到了很多东西，培养了我们的实践能力，为我们今后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计，我了解到理论与实践相结合是非常重要的。只有理论知识与实践相结合，从理论中得出结论，我才能真正为社会服务，从而提高我的实践能力和独立思考能力。在设计的过程中，可以说有许多困难。毕竟，第一次，我们将不可避免地遇到各种各样的问题。与此同时，我们也发现了自己在设计过程中的不足，我们还没有足够深刻地理解我们之前所学的知识，也没有足够牢固地掌握它。本次课程设计顺利完成，设计中遇到了许多专业知识问题