二阶有源带通滤波器,二阶有源带通滤波器电路图

('I模拟电子技术课程设计说明书二阶有源带通滤波器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：雷美艳职称：副教授专业：电子信息工程班级：电子1302班完成时间：2015年7月4日I课程设计评定意见指导老师评阅意见指导老师签字：指导老师评定成绩教研室意见教研室主任签字：I《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院指导教师雷美艳学生姓名闻盛娟课题名称二阶有源带通滤波器内容及任务一、设计任务设计一种二阶RC有源带通滤波电路，中心频率1KHZ，通频带800HZ--1200HZ，通带内增益2--3倍。二、设计内容（1）电路设计方案比较；（2）电路参数分析计算和选择；（3）单元电路设计并进行分析；（4）实物制作；（5）系统调试；（6）撰写设计报告拟达到的要求或技术指标一、设计要求及技术指标（1）基本要求A、中心频率1KHZ，通频带800HZ--1200HZ；B、通带内增益2--3倍；二、扩展要求与指标A、幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化；B、能采用另一种方案设计RC有源带通滤波器；进度安排起止日期工作内容2015.5.22-5.25查找二阶有源带通滤波器资料2015.5.27-5.28确定方案II2015.6.3-6.6画仿真、画原理图2015.6.8购买元器件2015.6.15-6.20画PCB图，制作PCB板及元件的焊接2015.6.21-6.22进行实物的调试2015.6.24-6.27撰写说明书主要参考资料[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第五版）．高等教育出版社,2006；[2]Multisim电路仿真及应用[3]AltiumDesigner快速入门（第二版）指导教师意见签名：年月日教研室意见签名：年月日I《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程指导教师雷美艳学生姓名闻盛娟课题名称直流稳压电源内容及任务一、设计任务设计一个直流稳压电源，当输入为有效值220V的交流电压时，能产生±12V、±9V、±5V三组直流电压输出。二、设计内容1、电路设计方案比较；2、电路参数分析计算和选择；3、单元电路设计并进行分析；4、实物制作；5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）；6、撰写设计报告。拟达到的要求或技术指标二、设计要求及技术指标1、要求输入电压为有效值220V、50HZ的市电交流电压，电源输出电压为±12V、±9V、±5V。2、最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。二、扩展要求与指标1、能显示电源输出电压值，00.0-12.0V；2、要求有短路过载保护。II进度安排起止日期工作内容2015.5.30查找直流稳压电源资料2015.5.31-6.1画仿真图原理图2015.6.8购买元器件2015.6.15-20画PCB图，制作PCB板及元件的焊接2015.6.21-22进行实物的调试2015.6.24-27撰写说明书主要参考资料[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）（第五版）．高等教育出版社,2006[2]邱关源．电路（第五版）．高等教育出版社,2006指导教师意见签名：年月日教研室意见签名：年月日摘要滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个网络，它允许某些频率的信号通过，而其他频率的信号受到衰减或抑制。本设计介绍了带通滤波器的工作原理及设计方法，设计了一个由高通滤波器电路和低通滤波器电路级联而成的带通滤波电路，给出了系统的电路设计方法以及主要模块的原理分析。本文也给出了带通滤波器各参数的计算方法，设计了一个中心频率为1KHZ，增益为2-3倍，截止频率为800-1200HZ的带通滤波器。关键词：带通；滤波器；截止频率；通带增益；运算放大器ABSTRACTSelectivityofthefilteristhefrequencyoftheinputsignalhasanetworkwhichallowsfrequencysignals,whileotherfrequenciesofthesignalwasattenuatedorinhibited.Thedesignprincipleanddesignmethodofbandpass,designedahigh-passfiltercircuitsandlow-passfiltercircuitscascadingofband-passfilter,givesthesystemcircuitdesignmethodandprincipleanalysisofthemainmodule.Band-passfiltersarealsogiveninthispapertheparametersofthemethod,designacentrefrequencyof1KHZ,gainto2-3,band-passfiltercutofffrequencyof800-1200HZ.Keywords：Band-pass；Rejector;AbortFrequency;PassbandGain目录前言………………………………………………………………………1第一章设计任务及要求…………………………………………………21.1设计任务…………………………………………………………21.2设计内容…………………………………………………………21.3设计要求…………………………………………………………2第二章设计方案…………………………………………………………3第三章电路设计……………………………………………………43.1电路设计原理图……………………………………………………43.2参数设计………………………………………………………53.3仿真和性能测试与分析……………………………………………73.4直流稳压电源的设计……………………………………………12第四章电路板的制作…………………………………………………164.1PCB图的绘制……………………………………………………164.2电路板的制作……………………………………………………164.3实物图……………………………………………………17第五章电路板的调试……………………………………………………185.1调试过程…………………………………………………………185.2调试结果……………………………………………………185.3调试结果分析……………………………………………………20第六章心得体会…………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………………21致谢…………………………………………………………………………21附录…………………………………………………………………………221前言随着计算机技术的发展，电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革。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、自动控制等技术领域，经常需要各种各样的录波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便的构成各种滤波器，用集成电路实现的滤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，都有了都很大的提高。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的运用。现在我们通过滤波器的原理以及结构设计一个带通滤波器。通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。2第一章设计任务及要求1.1设计任务设计一种二阶RC有源带通滤波电路，中心频率1KHZ，通频带800HZ--1200HZ，通带内增益2--3倍。1.2设计内容（1）电路设计方案比较；（2）电路参数分析计算和选择；（3）单元电路设计并进行分析；（4）实物制作；（5）系统调试；（6）撰写设计报告；1.3设计要求（1）基本要求A、中心频率1KHZ，通频带800HZ--1200HZ；B、通带内增益2--3倍；（2）扩展要求与指标A、幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化；B、能采用另一种方案设计RC有源带通滤波器；第二章设计方案滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个网络，它允许某些频率的信号通过，而其他频率的信号受到衰减或抑制。由集成运放、电阻、电容组成的有源滤波器有体积小、质量轻的特点。由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低构成滤波器后还具有一定的电压放大和缓冲作用，因此本设计采用有源滤波器为了获得比较稳定的信号，选择二阶RC有源滤波器设计方案。二阶RC带通滤波器的常用电路有电压控制电压源电路和无限增益反馈电路。电压控制电压源3电路中的运放为同相输入，输入阻很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称电压控制电压源电路，优点是电路性能稳定。经过多方面分析、比较选出的方案为：设计一个二阶RC有源滤波器。第三章电路设计3.1电路设计原理图带通滤波器的原理是通过对电容、电阻参数的配置，使得滤波器对频率在通带内的频率分量呈现很小的阻抗，而对频带外的频率分量呈现很大的阻抗，这样当负载电流信号通过该滤波器时就可以把通带内所需的信号提取出来把通带外的信号滤掉。4图1如上图所示电路为二阶有源带通滤波器电路，图中R1、C1组成低通网络，R3、C3组成高通网络，两者串联就组成了无源带通滤波电路，图中在带通电路的输出端再加上一个电压跟随器，三者构成了一个简单的二阶有源带通滤波电路，由于电压跟随器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，并具有电压放大功能的特性，将其改为同相比例放大电路如上图所示的接法即可实现对滤出的信号的电压进行放大。与一阶RC滤波电路相比，二阶RC滤波电路对通频带外信号的抑制能力更强，滤波效果更好。3.2参数设计带通滤波电路的传递函数为：\uf028\uf029\uf028\uf029\uf028\uf029\uf05b\uf05d\uf028\uf029\uf028\uf029RC21fosRCsRCsRCsAuf-31sRCsAufAus\uf050\uf03d\uf02b\uf02b\uf0b7\uf03d式1式25电压放大倍数为：45121112^312^RRAvBWwoQRRCRwo\uf02b\uf03d\uf03d\uf0f7\uf0f8\uf0f6\uf0e7\uf0e8\uf0e6\uf02b\uf0b4\uf0b4\uf03dWo为带通滤波电路的中心角频率；Ao为带通滤波电路的通带电压增益。已知：中心频率为1KHZ，通带800HZ--1200HZ，通带内增益2--3倍。式3式4式5式6式7式8式9式106图2用查表法选择参数K=10，在图2中查得电阻的值并乘以10倍，及得到所需要的电阻值。设定好C1=C2=0.01uF经过公式计算和查表确定了参数：R1=R2=16KΩ；R3=32kΩ；R4=1.6KΩ；R5=1KΩ；C1=C2=0.01uF73.3仿真和性能测试与分析仿真图如图3所示：图3仿真出的波形图如下：1KHZ时的波形图如图4所示：8图4此时输入和输出没有发生相移，增益达到5倍左右800HZ时的波形图如图5所示：图5输入与输出发生了相移，且增益变小了，是滤波器相频特性的体现1200HZ时的波形图如图6所示：9图6此时增益减小，也发生了相移。80HZ的波形图如图7所示：10图7此时输入信号在通频带范围外，信号被抑制，所以输出波形几乎看不到形状12000HZ的波形图如图8所示：图8此时输入信号超出了带通的上限截止频率，信号也被抑制了中心频率fo=1KHZ时的波特图如图9所示：图9由图9所示的波特图可得：fo=1.091KHZAu=15.192dB达到设计要求11fl=720HZ时的波特图如图10所示:图10由图10所示波特图可得：fl=720.499Au=12.289dB达到设计要求fh=1200HZ时的波特图如图11所示：图11由图11所示波特图可得：12fh=1.343KHZAu=12.672dB达到设计要求3.4直流稳压电源的设计1.电路设计（1）原理框图：（2）参数设计：图13图1213A、变压器：选用自耦变压器，副边电压24VB、电容C为耐压为25V，电解电容C1=C2=2200uf、C3=C4=C5=C6=470uFC7=C8=0.1uFC、整流桥：2W10（2A/1000V）（3）直流稳压电源原理图如图14所示：图14（3）直流稳压电源Mlutisim仿真结果如图15所示：图1514我们设计的二阶有源带通滤波电路需要12v和5v的电压，由上图的仿真中可看到，该直流稳压电源是11.971v和5.002v，符合设计要求。图16，直流稳压电源的测试图16左上：变压器变压后的交流电压24v左下：整流桥整流后的电压31.9v右上：12v输出电源的电压15右下：5v输出的电压2.电路制作（1）按原理图生下所示产PCB图如图17所示：16图17（1）将PCB图打印出来印在板子上（2）给板子打孔（3）腐蚀板子（4）正确焊接好电路第四章电路板的制作4.1PCB板的绘制绘制出的PCB板如图18所示：17图184.2电路板的制作（1）把绘制好的PCB图打印出来（2）把打印好的PCB图印在双面铜板上（3）在铜板上打孔（4）用腐蚀剂腐蚀铜板（5）将元件正确焊接在板子上4.3实物图直流稳压电源实物图如图19所示：18图19带通滤波器如图20所示：图2019第五章电路板的调试5.1调试过程将信号发生器与电路的信号输入端相连，信号输出端、信号发生器的输出分别与示波器的两个通道相连，直流电源与电路板上的正负对应位置相连，仪器与电路板共同接地。5.2调试结果输入信号fo=1KHZ如图21所示：图21由图16：输入信号1.14666KHZ时：Vpp=112mv。此时输出信号Vpp=656mv。Au1=656/112=5.86输入信号f=0.95KHZ如图22所示：20图22Au2=696/116=6输入信号f=1.14KHZ如图23所示：图23此时Au3=604/112=5.4综上：Au=（5.86+6+5.4）/3=5.75根据Vfl=0.7Vo即：Vfl=0.7656=454mv通过调试得到Vfl=454时，fl=705HZ如图24所示：图2421此时Au=464/128=3.625输入f=94HZ如图25所示：图25Au=23/140=0.16输入f=12KHZ如图26所示：图2622Au=24/120=0.25.3调试结果分析通过5.2节中的调试可以得出，在705-1200HZ范围内增平均达到了5，而在94HZ和12KHZ时增益只有0.2左右，说明滤波器把通带外的信号都有效的抑制了，设计符合要求。第六章心得体会这次课程设计是我们小组四个同学一起完成的，在这过程中，我们在一些问题上出现分歧，这时我们一起讨论，查阅资料，分析出正确的结论。我们也遇到了很多困难，犯了很多错误，导致设计不能顺利的进行，但我们没有互相埋怨，而是一起分析，找出错误，最后完成了任务。我明白了，团队精神很重要，单凭一个人的力量是很难完成的。我们做的是二阶有源带通滤波器，在前面的课程学习中没有很好的掌握，所以在做的过程中有些知识不理解，还要翻阅教材和资料，因此也给工作进度造成影响，所以学好理论知识非常重要。最后通过大家的努力终于完成了设计，感谢每个同学的付出。参考文献[1]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2006-01[2]徐向民.AltiumDesigner快速入门（第二版）[M].北京：北京航天航空大学出版社,2011-04[3]铃木雅臣.晶体管电路设计（上）[M].北京：科学出版社,2004-9[4]张新喜.Muitisim10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社,2010-01[5]谢自美.电子线路.实验.设计.测试华中科技大学出版社1994年23致谢感谢同组同学的团结互助，没有大家的团结合作我一个人是无法完成任务的。感谢老师的指导，在我们遇到困难时热心帮助我们解决。附录元件清单名称型号与规格R116KΩR216KΩR332KΩR41.6KΩR51KΩC10.01uFC20.01uF运算放大器LM741CN24表1二阶有源带通滤波器原理图：25二阶有源带通滤波器仿真图二阶有源带通滤波电路PCB图直流稳压电源原理图26直流稳压电源PCB图27实物图2829',)