二階高通濾波器--模電課設(shè)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)名稱： 模擬電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 二階高通濾波器 學(xué) 院 名 稱： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 2013年 3 月 12 日 南昌航空大學(xué) 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20122013 學(xué)年第 2學(xué)期第 1 周 3 周 題目二階高通濾波器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求分別用壓控電壓源和無(wú)限增益多路反饋二種方法設(shè)計(jì)電路；截止頻率fc=100Hz；增益AV5；進(jìn)度安排第1周：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第3周：檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫課設(shè)

2、報(bào)告。學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)：E 樓 311室任務(wù)下達(dá)2013 年2月25日任務(wù)完成2013 年 3 月15日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它 摘要二階高通濾波器的設(shè)計(jì)可以用壓控電壓源和無(wú)限增益多路反饋二種方法設(shè)計(jì)。通過(guò)有源高通濾波電路，先控制電阻或者電容一個(gè)變量可以求出滿足設(shè)計(jì)要求的各個(gè)元件參數(shù)。再根據(jù)設(shè)計(jì)電路圖及其參數(shù)進(jìn)行Multism仿真調(diào)試。尋找合適的元件進(jìn)行焊接，焊接時(shí)要特別注意，仔細(xì)檢查安裝好的電路，確定無(wú)誤后，接通信號(hào)源進(jìn)行調(diào)試，最后得到滿足實(shí)驗(yàn)要求的電路。關(guān)鍵字：高通，濾波，放大，二階前言5第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.1設(shè)計(jì)原理61.2

3、設(shè)計(jì)方案71.2.1 壓控電壓源二階高通濾波器71.2.2無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器71.3參數(shù)設(shè)計(jì)81.3.1壓控電壓源二階高通濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)8第二章 仿真、焊接和調(diào)試92.1仿真92.1.1壓控電壓源二階高通濾波器92.1.2無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器112.2焊接132.3調(diào)試132.4性能測(cè)試與分析14第三章 實(shí)驗(yàn)總結(jié)143.1結(jié)論結(jié)論與心得143.2對(duì)本設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)的分析14參考文獻(xiàn)15附錄一15元 器 件 清 單15附錄二17集成運(yùn)放管腳173 前言二階高通濾波器是容許高頻信號(hào)通過(guò)、但減弱（或減少）頻率低于截止頻率信號(hào)通過(guò)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

4、次諧波，并可減少濾波回路數(shù)。對(duì)于不同濾波器而言,每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。其在音頻應(yīng)用中也使用低音消除濾波器或者噪聲濾波器。本設(shè)計(jì)為分別使用壓控電壓源和無(wú)限增益多路反饋兩種方法設(shè)計(jì)二階高通濾波器。二者電路都是基于芯片LM324設(shè)計(jì)而成。將信號(hào)源接入電路板后，調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率，通過(guò)觀察示波器可以看到信號(hào)放大了5倍?，F(xiàn)在工廠對(duì)于諧波的治理,應(yīng)用最多的仍然是高壓無(wú)源濾波器,高壓無(wú)源濾波器有多種接線方式,其中單調(diào)諧濾波器及二階高通濾波器使用最為廣泛,無(wú)源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資較少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。2 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1設(shè)計(jì)原理 具有理想的幅頻特性的濾波器是很難

5、實(shí)現(xiàn)的，只能用實(shí)際的濾波器的濾波器去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動(dòng)響應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性就越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)n越高，幅頻特性衰減的速率就越快。但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件計(jì)算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。因?yàn)槿魏胃唠A濾波器都可以用較低階的濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，故本課題主要設(shè)計(jì)具有巴特沃斯響應(yīng)的二階高通濾波器。二階高通濾波器的傳輸函數(shù)是： （1.1）實(shí)現(xiàn)該傳輸函數(shù)的電路有電壓控制電壓源（VCVS）電路和無(wú)限增益多路反饋(MFB)電路。 1.2 設(shè)計(jì)方案1.2.1 壓控電壓源二階高通濾波器圖1.2.1所示為壓控電壓源電路，其中運(yùn)算放大器為同相輸

6、入接法，因此濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，故稱這種電路為電壓控制電壓源電路。其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。 圖1.2.1 電路中既引入 了負(fù)反饋，又引入了正反饋。當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，負(fù)反饋很弱；當(dāng)信號(hào)頻率趨于無(wú)窮大時(shí)，由于RC的電抗很大，因而Up(s)趨于零。所以，只要正反饋引入得當(dāng)，就既可能在f=f0時(shí)使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，又不會(huì)因負(fù)反饋過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生自激振蕩。同相輸入端電位控制由集成運(yùn)放和R1、R2組成的電壓源，故稱壓控電壓源濾波電路。同時(shí)該電路具有源減少、增益穩(wěn)定、頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。電路中C、R構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。1.2.2無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器與壓控

7、電壓源高通濾波電路類似，無(wú)限增益多路反饋濾波電路也是通過(guò)增加RC環(huán)節(jié)，使得濾波器的過(guò)渡帶變窄，衰減斜率值加大，電路圖如圖2.2.2所示。在無(wú)限增益多路反饋電路忠，運(yùn)算放大器為反向輸入接法，由于放大器的開環(huán)增益為無(wú)限大，反向輸入端可以視為虛地，輸出端通過(guò)C3、R2的連接 ，改善f0附近的頻率特性，形成兩條反饋支路，實(shí)現(xiàn)的一路反饋的效果，故稱這種電路為無(wú)限增益多路反饋電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路有倒相作用，使用元件較少，但增益調(diào)節(jié)不太方便，對(duì)其他性能參數(shù)有一定的影響，其應(yīng)用范圍比壓控電壓源電路要小。 圖1.2.21.3參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.1壓控電壓源二階高通濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) （ 注：兩電容相同，接地的R為R3 ）

8、 壓控電壓源反饋增益為Au=1+Rf/R1 ，R1取1k則Rf取4k,增益為5。電容C1=C2=0.1uf，由，R2=30K，R3（接地）=9K1.3.2無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)增益Au=C1/C3，取C1為0.1uf，則C3為0.022uf。查閱電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中“二階高通濾波器（巴特沃斯響應(yīng)）設(shè)計(jì)表”可選R1=10.23K，R2=123.79K。實(shí)際R1取10k，R2取120k。第二章 仿真、焊接和調(diào)試2.1仿真2.1.1壓控電壓源二階高通濾波器根據(jù)設(shè)計(jì)電路圖及其參數(shù)進(jìn)行Multism仿真調(diào)試，結(jié)果如下電路為 5 （2.1.1）輸入圖為 其中輸入信號(hào)電壓為1V，頻率為2

9、00Hz; 5輸出圖為：2.1.2無(wú)限增益多路反饋二階高通濾波器電路為 （2.1.2）輸入圖為 5其中輸入信號(hào)電壓為1V,頻率為260Hz；輸出圖為波特測(cè)試儀圖為 5可知其截至頻率為92.69Hz;2.2焊接在焊接前應(yīng)該先根據(jù)電路排好版，避免焊接的時(shí)候出現(xiàn)線路重疊或者混亂，這樣容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，也不容易檢查。同時(shí)焊接線路之前應(yīng)先焊接好元器件的各個(gè)管腳在布線時(shí)應(yīng)盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用，而且方便進(jìn)行調(diào)試。特別要注意不能將焊錫直接加在烙鐵！焊接時(shí)一定不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊等等。2.3調(diào)試仔細(xì)檢查安裝好的電路，確定元件與導(dǎo)線連接無(wú)誤后，接通信號(hào)源進(jìn)行調(diào)試。保持輸入電壓

10、振幅不變，慢慢由小到大改變輸入頻率，觀察截止頻率。高通濾波器應(yīng)觀測(cè)其截止頻率是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)有關(guān)的公式，確定應(yīng)調(diào)整哪一個(gè)元件才能使截止頻率既能達(dá)到設(shè)計(jì)要求又不會(huì)對(duì)其他指標(biāo)參數(shù)產(chǎn)生影響。然后觀測(cè)電壓放大倍數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，若達(dá)不到要求，應(yīng)根據(jù) 10相關(guān)的公式調(diào)整有關(guān)的元件，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.4性能測(cè)試與分析 壓控電壓源： 要求增益5 仿真增益5實(shí)驗(yàn)測(cè)得5.3 無(wú)限增益反饋： 要求增益5 仿真增益4.9實(shí)驗(yàn)測(cè)得4.3 誤差分析： (1)電阻的標(biāo)稱值與真實(shí)值之間存在誤差 （2測(cè)量?jī)x器的誤差，主要是示波器的量化誤差 （3）系統(tǒng)誤差，主要是測(cè)量?jī)x器內(nèi)阻的影響，導(dǎo)致儀器的讀

11、 數(shù)值與電路的真實(shí)值之間存在誤差。 （4）電源電壓輸出值與真實(shí)值之間存在誤差。 （5）示波器及函數(shù)信號(hào)發(fā)生器抗干擾能力差，產(chǎn)生誤差。 第三章 實(shí)驗(yàn)總結(jié)3.1結(jié)論結(jié)論與心得1、由此課程可知，二階濾波器的設(shè)計(jì)有壓控電壓源和無(wú)限增益多路反饋二種方法，一種是有一個(gè)簡(jiǎn)單的二階高通濾波器，將其接地的電容C1端接到集成運(yùn)放的輸出端構(gòu)成的壓控電壓源二階高通濾波電路；另一種是通過(guò)改變簡(jiǎn)單的二階高通濾波器的連接，改善附近的頻率特性，就構(gòu)成了無(wú)限增益多路反饋電路。此次課程設(shè)計(jì)是基于一階高通濾波器，通過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)，加大幅頻特性衰減斜率，是幅頻特性曲線更趨于理想化，從而提高濾波效果。3.2對(duì)本設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)的分析本次課程設(shè)計(jì)

12、我們主要根據(jù)要求中的提示，首先根據(jù)電路圖確定了各個(gè)部位元件 10的類型，在充分分析和掌握了濾波電路的工作原理后進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)計(jì)算，最終得到了這兩個(gè)電路各個(gè)元器件的參數(shù)。當(dāng)然，在公式的計(jì)算中為了簡(jiǎn)化計(jì)算，我們也采取了一些小技巧，在確定滿足課題要求的情況下，我們令電容相等，從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，但是在設(shè)計(jì)的諸多方面（電路的穩(wěn)定性，參數(shù)選擇的優(yōu)越性，電路的調(diào)試等）存在不足之處。最后得到的元器件參數(shù)有部分現(xiàn)實(shí)中不存在的值，這時(shí)只能以相近的元器件帶頭，同時(shí)這會(huì)帶來(lái)一定的誤差，這是不可避免的一個(gè)不足之處。另外元器件的參數(shù)也存在一定的誤差，這也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。參考文獻(xiàn)1康華光模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢：高等教育出版社2005.72舒慶瑩，凌玲模擬電子