課設(shè)-二階有緣帶通濾波器.doc

課程設(shè)計(jì)論文題 目： 二階有源帶通濾波器 院 （系）： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 0800210326 指導(dǎo)教師： 王吉平 職 稱： 講師 2010年 12月 22 日桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第2頁(yè) 共3頁(yè)摘 要近年來(lái)，各種基于電力電子技術(shù)的非線性裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，使得諧波危害日益嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須對(duì)諧波污染進(jìn)行治理，以改善電能質(zhì)量。就當(dāng)前的工業(yè)現(xiàn)實(shí)而言，抑制諧波的基本手段是裝各類濾波補(bǔ)償裝置。無(wú)源濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，但易受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響與系統(tǒng)發(fā)生諧振，且僅能補(bǔ)償固定頻率的諧波。而有源濾波器則可以解決這些問(wèn)題，并且可以自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化的諧波，具有高度可控性，因而具有極高的發(fā)展前景。本文的主要內(nèi)容有：1. 壓控電壓源二階有源帶通濾波器理論，包括其數(shù)學(xué)模型和典型參數(shù)；2. 介紹集成運(yùn)放A741的結(jié)構(gòu)、引腳及性能參數(shù)；3. 軟件protel 99SE 和 multisim 10的簡(jiǎn)要介紹；4. 焊接的基本知識(shí)；5. 設(shè)計(jì)、仿真、制作一個(gè)二階壓控電壓源濾波器，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。關(guān)鍵詞：二階壓控電壓源帶通濾波器；典型參數(shù)；仿真；測(cè)試Abstract In recent years, various based on power electronic technology of nonlinear device in power system are applied widely, making the increasingly serious harmonic harm. In order to ensure the safe operation of the power system harmonic pollution, it is necessary to undertake administrative, in order to improve the quality of power.Of the current industrial real character, restrain harmonics of the basic means is packed all kinds of filter compensation devices. Passive filter structure is simple, economical, but vulnerable network impedance and running state affecting and system in resonance, and only can compensate fixed frequency harmonics. And active filter may solve these problems, and can be used to monitor the changes of harmonic compensation, highly controlled, thus has the high development prospects.The main content of this article are:1. The voltage controlled voltage source second-order active band-pass filters theory, including its mathematical model and the typical parameters,2. Introduce integrated op-amp muon A741 structure, pins and performance parameters,3. Software protel 99 and multisim brief introduction,4 the basic knowledge of welding,5. Design, make a second order voltage controlled voltage source filter, and carries on the test.Key words: voltage controlled voltage source second-order band-pass filter; Center frequency;Bandpass bandwidth目 錄引言11 壓控電壓源二階有源帶通濾波器理論概述11.1 壓控電壓源二階帶通濾波器電路模型11.2 壓控電壓源二階帶通濾波器電路電路特點(diǎn)22 集成運(yùn)放A741簡(jiǎn)介22.1電路結(jié)構(gòu)22.2 引腳說(shuō)明22.3 性能參數(shù)33 軟件protel 99SE 和 multisim 10的簡(jiǎn)要介紹33.1 protel 99SE簡(jiǎn)介33.2 multisim 10簡(jiǎn)介54. 焊接的基本知識(shí)54.1 焊接材料54.2 焊接方法54.3 焊接時(shí)注意事項(xiàng)54.4 拆焊65 設(shè)計(jì)、制作一個(gè)二階壓控電壓源帶通濾波器65.1 設(shè)計(jì)要求65.2 設(shè)計(jì)步驟65.2.1 元器件的選擇65.2.2 元器件的調(diào)整85.2.3 仿真85.3 利用protel 99SE進(jìn)行電路板的制作105.4 電路板的測(cè)試116 總結(jié)12謝 辭13參考文獻(xiàn)14桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第13頁(yè) 共14頁(yè)引言測(cè)量和分析工程信號(hào)時(shí)，往往只需對(duì)特定頻率或者特定頻率范圍的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和分析，但在實(shí)際工程信號(hào)中，往往包含各種各樣的干擾信號(hào)或者說(shuō)是人們不感興趣的信號(hào)。為了消除這些信號(hào)所產(chǎn)生的不良影響，人們最先想到的就是利用一個(gè)理想的帶通濾波器，將這些干擾信號(hào)全部剔除。但理想帶通濾波器僅在理論上存在，實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用的帶通濾波器只能盡可能地逼近理想的帶通濾波器。本文以壓控電壓源二階有源帶通濾波器為例，介紹一下設(shè)計(jì)、仿真、制作一個(gè)帶通濾波器的全過(guò)程。1 壓控電壓源二階有源帶通濾波器理論概述帶通濾波器是指能通過(guò)某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對(duì)。一個(gè)模擬帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路(RLC circuit)。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來(lái)產(chǎn)生。1.1 壓控電壓源二階帶通濾波器電路模型其傳輸函數(shù)為： 中心角頻率為：通帶帶寬為：中心頻率處電壓的放大倍數(shù)為：其中，1.2 壓控電壓源二階帶通濾波器電路電路特點(diǎn)1) 只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以衰減或抑制。2) 調(diào)節(jié)R4、R5,可調(diào)整增益，中心頻率不變，帶寬改變。2 集成運(yùn)放A741簡(jiǎn)介2.1電路結(jié)構(gòu)2.2 引腳說(shuō)明第2管腳是負(fù)輸入端；第3管腳是同相端輸入端；第4和第7管腳分別為負(fù)直流源和正直流源輸入端；第6管腳為輸出端；第8管腳是懸空端；第1管腳和第5管腳是為提高運(yùn)算精度。2.3 性能參數(shù)電源電壓+VCC -VEE+3V+18V,典型值+15v-3V-18V,典型值-15V工作頻率10kHz輸入失調(diào)電壓2mV單位增益帶寬1MHz輸入失調(diào)電流20nA轉(zhuǎn)換速度0.5V/s開環(huán)電壓增益106dB共模抑制比90dB輸入電阻2M功率消耗50mW輸出電阻75輸入電壓范圍13V3 軟件protel 99SE 和 multisim 10的簡(jiǎn)要介紹3.1 protel 99SE簡(jiǎn)介Protel99SE是Protel公司近10年來(lái)致力于Windows平臺(tái)開發(fā)的最新結(jié)晶,能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù),以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具,而是一個(gè)系統(tǒng)工具,覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。 最新版本的Protel軟件可以毫無(wú)障礙地讀Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司設(shè)計(jì)文件,以便用戶順利過(guò)渡到新的EDA平臺(tái)。Protel99 SE共分5個(gè)模塊,分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。 以下介紹一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表;強(qiáng)大的全局編輯功能;在原理圖中選擇一級(jí)器件,PCB中同樣的器件也將被選中; 同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB,在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò) 既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)（由原理圖到PCB）,也可以進(jìn)行反向注釋（由PCB到原理圖）,以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性; 滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求（包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出,GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)）; * 方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒軸PICE 3f5）;支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD,生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件; * PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層,16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層;強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境,符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查;智能覆銅功能,覆鈾可以自動(dòng)重鋪;提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版;放置漢字功能;可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件,實(shí)現(xiàn)和AutoCAD等軟件的數(shù)據(jù)交換;智能封裝導(dǎo)航（對(duì)于建立復(fù)雜的PGA、BGA封裝很有用）;方便的打印預(yù)覽功能,不用修改PCB文件就可以直接控制打印結(jié)果;獨(dú)特的3D顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果;強(qiáng)大的CAM處理使您輕松實(shí)現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼片機(jī)文件、測(cè)試點(diǎn)報(bào)告等;經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證的傳輸線特性和仿真精確計(jì)算的算法,信號(hào)完整性分析直接從PCB啟動(dòng)反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測(cè)量工具相結(jié)合;專家導(dǎo)航幫您解決信號(hào)完整性問(wèn)題。3.2 multisim 10簡(jiǎn)介multisim 10概述：通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路通過(guò)交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征通過(guò)一個(gè)工具鏈, 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。4. 焊接的基本知識(shí)4.1 焊接材料焊接材料主要包括焊錫和焊劑。手工烙鐵焊接常用絲狀焊錫。焊劑又稱助焊劑，通常是以松香為主要成分的混合物，是保證焊接過(guò)程順利進(jìn)行的輔助材料。焊劑的主要作用是:增強(qiáng)焊料和被焊金屬表面的活性，提高浸潤(rùn)能力；防止焊錫氧化；加快熱量傳遞；使焊點(diǎn)更美觀。4.2 焊接方法帶錫焊接法：先把元器件插入印制板規(guī)定的位置，經(jīng)檢查無(wú)誤后，再使已加熱的烙鐵頭刃口上帶上適量焊錫進(jìn)行焊接。點(diǎn)錫焊接法：先把元器件插入印制板規(guī)定的位置，經(jīng)檢查無(wú)誤后，再用右手握電烙鐵，烙鐵頭的刃口放在元器件引腳焊接位置，左手握焊錫絲的一端去接觸烙鐵刃口與元器件引腳的共同點(diǎn)進(jìn)行焊接。4.3 焊接時(shí)注意事項(xiàng)1) 在焊錫未凝固以前不得搖動(dòng)元器件引腳，以免造成虛焊；2) 焊接熱敏易損元件時(shí)，可用鑷子或尖嘴鉗尖夾住元器件的引腳以幫助散熱；3) 要特別注意電烙鐵加熱后的安全，要在烙鐵架上放好；4.4 拆焊操作要領(lǐng)：加熱迅速、注意力集中、動(dòng)作快5 設(shè)計(jì)、制作一個(gè)二階壓控電壓源帶通濾波器5.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)二階壓控電壓源帶通濾波器，要求中心頻率為1khz，品質(zhì)因數(shù)為10，增益等于2。5.2 設(shè)計(jì)步驟5.2.1 元器件的選擇根據(jù)上面參數(shù)K與頻率關(guān)系圖和公式K=100/(f0*C)其中，中心頻率單位為hz，電容單位為F選定C=22nF，則得到，K=4.55。根據(jù)設(shè)計(jì)表：電路元件值（Q=10）增益1246810R131.83115.9157.9585.3053.9793.183R21.1671.1661.1601.1481.1311.110R32.2512.3322.5022.6842.8763.078R4、R54.5024.6645.0045.3685.7526.156電阻為參數(shù)K=1時(shí)的值，單位為kK=4.55時(shí)，R1=72.41k,R2=5.31k,R3=10.61k,R4=R5=21.22k。取R1=75k,R2= 5.6k,R3=11 k,R4=R5=22 k。5.2.2 元器件的調(diào)整如上選擇器件，中心頻率偏高，減小R1來(lái)調(diào)整，然而此時(shí)增益減小較大，增大R5來(lái)提高增益。最終選取R1=24 k,R2=5.6k,R3=11k,R4=22 k,R5=27 k，C=22nF。5.2.3 仿真1) 電路原理圖2) 利用multisim 10進(jìn)行電路的仿真中心頻率為1.01khz,中心頻率處增益為24.95dB,即17.68。3dB截止頻率為1.043khz和998.136hz通帶帶寬為BW=1.043-998.136=44.864hz電路品質(zhì)因數(shù)為Q=f0/BW=22.295.3 利用protel 99SE進(jìn)行電路板的制作1) 電路原理圖2) PCB布線5.4 電路板的測(cè)試1) 輸入信號(hào)幅值為1Vpp時(shí)，輸出電壓與輸入頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的測(cè)量與處理頻率/hz100200300400500600650輸出電壓/Vpp0.074 0.155 0.195 0.280 0.355 0.460 0.540 700750800850900950100010500.650 0.745 0.835 1.065 1.220 1.525 1.990 2.925 110011201140115011601180120012504.950 5.800 6.100 6.000 5.960 5.260 4.840 3.620 130013501400150016001700200030002.810 2.260 1.860 1.420 1.140 0.700 0.675 0.365 4000500010000200003000040005000100000.240 0.190 0.092 0.050 0.035 0.240 0.190 0.092 2) 典型參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算根據(jù)表格可知，中心頻率為1140HZ，中心頻率處增益為6.100。測(cè)量得到，幅值為4.31Vpp（6.10*0.707=4.31）所對(duì)應(yīng)的頻率為1090HZ和1220HZ，所以，計(jì)算得到，通帶帶寬為BW=1220-1090=130（HZ），品質(zhì)因數(shù)Q=1140/130=8.77。3) 測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析元器件焊倒電路板后，用萬(wàn)用表測(cè)得R1=24K,R2=5.7K,R3=10.6K,R4=22K,R5=27K。由于R2,R3電阻與仿真時(shí)有偏差，以及其他一些環(huán)境、溫度、介質(zhì)材料等客觀因素的影響，實(shí)際的Q值偏小1.23，帶寬偏大30hz,中心頻率偏大140K。另外，阻帶的衰減還不夠快。6.總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，