模電二階高通濾波器設計

1、課 程名稱 模擬電子技術課程設計設計題目 二階高通濾波器的設計專業(yè)名稱 自動化班級學號學生姓名 指導教師年 月 日電氣學院鵬電課程設計任務書設計名稱：二階高通濾波器的設計學生姓名：指導教師：起止時間：自 年一月日起 至 年 月 日止一、課程設計目的設計一種基于模擬電子技術的容許高頻信號通過、但減弱（或減少）頻率低于截止頻率信號通過的濾波器。二、課程設計任務和基本要求 設計任務：1 .分別用壓控電源和無限增益多路反饋二種方法設計電路；2 .截止頻率Fc=200Hz;3 .增益AV=24 .用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路所需的正負直流電源（士12V）O 基本要求：1 .能夠實現(xiàn)設計任務的

2、基本功能；2 .至少設計兩種方法設計電路；3 .要求依據(jù)二階高通濾波器，運用模擬電子技術的理論設計、制定實驗方 案，并撰寫課程設計論文要求符合模板的相關要求， 字數(shù)要求3000字以上。電氣學院 模電 課程設計指導老師評價表院（部）年級專業(yè)學生姓名學生學號題 目二階高通濾波器的設計指導老師評語指導老師簽名：年 月 日成績評定指導老師簽名:課程設計報告目錄第一章方案設計與論證 21.1 設計一：用壓控電壓源設計二階高通濾波電路 21.2 設計二：用無限增益多路反饋設計高通濾波電路 3第二章單元電路設計與參數(shù)計算 32.1 方案一：壓控電壓源二階高通濾波電路 32.2 方案二、用無限增益多路反饋設計

3、高通濾波電路 4第三章總原理圖及元器件清單 43.1 總原理圖 43.2 元件清單 5第四章安裝與調試 64.1 焊接 64.2 調試 6第五章性能測試與分析 95.1 輸出電壓的測量 95.2 數(shù)據(jù)處理與誤差計算 105.3 誤差分析 10第六章結論與心得 11參考文獻 11第一章方案設計與論證二階高通濾波器是容許高頻信號通過、但減弱（或減少）頻率低于截止頻率信號通過的濾波器。高通濾波器有綜合濾波功能，它可以濾掉若干次高次諧波，并可減少濾波回路數(shù)。對于不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。其在音頻應用中也使用低音消除濾波器或者噪聲濾波器。本設計為分別使用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩

4、種方法設計二階高通濾波器。二者電路都是基于芯片 ua741設計而成。將信號源接入電路板后，調整函數(shù)信號發(fā)生器的頻率，通過觀察示波器可以看到信號放大了2倍。現(xiàn)在工廠對于諧波的治理 ，應用最多的仍然是高壓無源濾波器，高壓無源濾波器有多種接線方式，其中單調諧濾波器及二階高通濾波器使用最為廣泛，無源濾波器具有結構簡單、設備投資較少、運行可靠性較高、 運行費用較低等優(yōu)點。1.1設計一、用壓控電壓源設計二階高通濾波電路與LPF有對偶性，將LPF的電阻和電容互換，就可得一階HPF簡單二階HPR壓控電壓源二階HPF電路采用壓控電壓源二階高通濾波電路。電路如圖2-1所示，參數(shù)計算為：通帶增益：Aup 1R4R3

5、Aup表示二階高通濾波器的通帶電壓放大倍數(shù)截止頻率：品質因數(shù)：Qf0M3 %Av=1+R2/R1 fc1.2設計二、用無限增益多路反饋設計高通濾波電路其中：Sl,通帶增益：AuoC1c3截止頻率：fc,R1R2c3c2品質因數(shù)：(C1R1c2 c3)c2c3R2cc3fc2RR2c3C2第二章單元電路設計與參數(shù)計算2.1 方案一：壓控電壓源二階高通濾波電路Av=1+R2/R1=2, fc2RR2c3c2二200令 R1=10k,則 R2=10k又 fc=200hz ,得出：C2=C3=0.47uf另取 R=R4R5=R3R6=210=1.69K2.2 方案二、用無限增益多路反饋設計高通濾波電路

6、AuoC1，C3fc2RR2C3c2設 C1=0.22uf,貝U C2=0.47uf又 f=200hz得出：R1=3K,R2=20.0K，連接電路好即可.至此得出了兩種方案的參數(shù)第三章總原理圖及元器件清單3.1 總原理圖3.2 元件清單直流源元件序號（名稱）型號主要參數(shù)數(shù)量備注變壓器輸入220M輸出 15V, P=20W1個1帶插頭D1 D4 （二極管）1N4007各1個保險管Ip=0.5A1個電角單電容G 23300uf/25V2個電解電容C5、6220uf2個瓷介電容G、4、7、80、22uf4個集成塊UA7411個集成穩(wěn)壓器W7812W7912輸出電壓12V,輸出電流1.5A各1個發(fā)光二

7、極管2個瓷介電容G、100、1uf2個電阻R120K歐姆2個電阻R21K歐姆2個可調電位器Rw20K2個元件序 號主要參數(shù)數(shù)量備注（單 價）R10k40.1R2K20.1Ua74111C0.47uf20.3元件序 號主要參數(shù)數(shù)量備注（單 價）R20k10.1R3K10.1Ua74111C0.22uf20.31C0.47uf10.3第四章安裝與調試4.1 焊接工具：電烙鐵在已做好的電路板上涂一層助焊劑， 對照原理圖將元件安裝在電路板上， 檢查元件位置 是否正確。檢查無誤后，用電烙鐵將每個元件用焊錫焊牢，保證每個元件不虛焊。在焊元件時根據(jù)不同元件耐熱性能盡量減少焊接時間。焊接完畢后用萬用表檢查是否

8、斷路和短路。4.2 調試工具：萬用表、示波器，信號發(fā)生器，數(shù)字毫伏表用小螺絲刀調節(jié)電位器 R3的電阻為15K歐姆，R4的電阻為15K歐姆，接入220伏特的 交流電壓，信號發(fā)生器的輸出信號為f=1KHz,Ui=500.3mv的信號，在輸出端測得輸出電壓Uo=201、6mM減小頻率使得f=100 Hz ,則輸出端 Uo =161、2mv,與實際相差太大，則用螺絲刀微調節(jié)電位器，此時使得Uo=141、2mv,在高頻時輸出電壓為輸入電壓的兩倍，用示波器監(jiān)測輸出波形沒有失真，故電路正確，調試完畢，可以進行性能測試。二階高通濾波器在頻率響應特性與低通濾波器相似，當Q>0.707或Q<0.707

9、時，通帶邊沿處會出現(xiàn)不平坦現(xiàn)象。有關根據(jù)品質因數(shù)Q計算電路電阻參數(shù) R1和R2的方法與二階低通濾波器的計算相同。為了改進一階高通濾波器的頻率特性，可采用二階高通濾波器。一個二階高通濾波器包含兩個RC支路，即將二階高通濾波器的R與C對換位置，即可構成二階高通濾波器。如圖5-1所示為二階高通濾波器的幅頻特性曲線，其阻帶衰減特性的斜率為40dB/10oct ,克服了一階高通濾波器阻帶衰減太慢的缺點圖5-1二階高通濾波器的幅頻特性曲線與二階低通濾波器類似，二階高通濾波器的各個參數(shù)也影響其濾波特性，如：阻尼系數(shù)f的大小決定了幅頻特性有無峰值，或諧振峰的高低。若要求高通濾波器的阻帶特性下降速率大于40dB

10、/10oct,必須采用高階高通濾波器，同高階低通濾波器一樣，也是最常采 用巴特沃思型和切比雪夫型近似，同樣也是先查表，得到分母多項式，圖5-1階高通濾波器幅頻特性。二階高通濾波器的參數(shù)設計， 由增益Av=2, Av=1+Rf/R1,所以選R3=15K歐姆的電阻， fc=200Hz,fc=1/2RC ，則選用C=0.01uf的電容，R4為15K歐姆的電阻，R2為4K歐姆的電阻， 由于沒有該種類的電阻，則用兩個 2K歐姆的電阻替代，集成塊用 KIA741。二階高通濾波器 電路的電路仿真。設計一：壓控電壓源二階高通濾波電路設計二、用無限增益多路反饋設計高通濾波電路第五章性能測試與分析5.1 輸出電壓

11、的測量輸入信號Ui=500 mv,改變頻率測輸出電壓，并且在通頻帶時的頻率要取得密集一些, 記錄到表格二階高通濾波器的數(shù)據(jù)所 f/Hz1000. 3900.5811.6718.9573輸出電壓Uo/mv998982979975691所 f/Hz424264210199.5185輸出電壓Uo/mv930823730706671壓控電壓源二階高通濾波器的數(shù)據(jù)壓控電壓源二階高通濾波器電路的幅頻特性所 f/Hz1000.4876.2754.8626.6461.69輸出電壓Uo/mv847846843837820頻率f/Hz278.34211.85206.88199.8161.6輸出電壓Uo/mv765

12、711706703639無限增益多路反饋二階高通濾波器數(shù)據(jù)5.2 數(shù)據(jù)處理與誤差計算<1>壓控電壓源在頻率為高頻時，U= ( 1000.3+1000.4+1000.5 ) /3=1000.4 mv輸入電壓Ui=500mv,貝U Av=U/Ui=1000.4/500=2、01相對誤差：s= (2、01-2) /2*100%=0、5%當 fp=200Hz 時，Uo理論=U*0、707=1000*0、707=707mv實驗測得Uo=706mv則相對誤差為 S= (706-707 ) /706*100%=1.4%<2>無限增益多路反饋在頻率為高頻時，U=(1000.3+1000

13、.4+1000.5 ) /3=1000.4 mv輸入電壓Ui=500mv,貝U Av=U/Ui=1000.4/500=2、01相對誤差：s= （2、01-2） /2*100%=0、5%當 fp=200Hz 時，Uo理論=U*0、707=1000*0、707=707mv實驗測得Uo=703mv則相對誤差為 S= （703-707 ） /703*100%=6%5.3誤差分析產生該實驗誤差的主要原因有1、輸入信號不穩(wěn)定會導致實驗誤差。2、由橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計電路提供所需的正負直流電不是很準，沒有標準的正負12伏特，導致實驗誤差。3、在參數(shù)設計時也會引入誤差。4、在計算過程中會引入計算誤差。第六章結論與心得1 、由實驗可知，當頻率 f為通帶截止頻率fp時，輸出電壓 Uo約為最大輸出電壓的 0、707 倍，即 | Au | 弋 0.707 | AuP|。2、由實驗可知，高通濾波器削弱低頻信號，只放大頻率高于fp的信號，我們可把高通濾波器用于交流放大電路的耦合電路，隔離直流成分。3、實驗中，監(jiān)測的波形沒有失真，說