二階帶通濾波電路

1、階帶通濾波電路作者:日期:IBEUIXT； I Ml r RS 11 O1 Tl CKVCI fK；V- I'll I 'III-rillIr2014-2015電子電路設(shè)計課程說明書學(xué)院實驗學(xué)院專業(yè)電子信息工程題目二階帶通濾波器姓名黃玉歡學(xué)號13521230日期2015年 7月 21日指導(dǎo)教師摘要此次電子技術(shù)課程設(shè)計包括數(shù)電課設(shè)和模電課設(shè)兩部分，需要自己獨立地完成設(shè)計、Multisim仿真和硬件連接三個環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計：二階有源帶通濾波器，二階有源帶通濾波器采用經(jīng)典的RC有源濾波器設(shè)計，該設(shè)計又稱為巴特沃斯濾波器。電路為雙電源供電，可完成對于規(guī)定中心頻率的選擇，并保證信號在

2、3db帶寬內(nèi)平穩(wěn)不失真，且有良好的矩形 系數(shù)。兩個實驗均通過了仿真測試和硬件連接測試，基本符合課設(shè)的要求。以下是我對兩個實驗的基本方案、設(shè)計原理、 元器件的選擇、優(yōu)缺點的比較和仿真結(jié) 果的介紹。關(guān)鍵詞帶通濾波器、Multisim仿真AbstractThe course desig n by the digital circuit desig n and an alog circuit design composed of , Complete independence to complete the design , Multisim simulati on and the exp erime

3、 nt three links。An alog circuit desig n part , sec on d-order active bandp ass filter,and through Multisim software and oscilloscopesimulation and performaneetest ing , The out put resistor , the cen ter freque ncy coefficie nt matrix circuit con diti ons and p erforma nee up to requireme nts. Two e

4、xp erime nts were tested by simulation and laboratory simulation tests, the basiccomplianee testing requirements. This article describes the Responder and the sec on d-order active band-p ass filter and the basic p rogram desig n principles , component select ion , compare the adva ntages and disadv

5、antages and simulation test results , more comprehensive about the desig n of this course the content of electr onic tech no logy.KeywordsBandpass filter 、 Multisim Simulation21 .概述2 .二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能實測1設(shè)計內(nèi)容與要求2方案比較3總體方案3.1總體方案介紹3.2電路設(shè)計原理3.3軟件仿真與測試分析3.4硬件仿真與測試分析3.5問題解決與討論4 .結(jié)論5參考文獻(xiàn)6附錄6.1元器件明細(xì)表6.2設(shè)

6、計環(huán)境與設(shè)備清單6.3附表目錄13131411131414141概述本次電子課程設(shè)計分為數(shù)字電路和模擬電路兩部分。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計是在完成模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識和基本設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用有關(guān)知識，設(shè)計安裝和調(diào)試自成系統(tǒng)的設(shè)計。 和數(shù)字電 子技術(shù)課程設(shè)計有相同之處，可以共同提高動手能力，加強(qiáng)對知識的理解，并能 提高自己在困難面前的解決能力，在參考資料的同時，也為自己以后從事有關(guān)工 作打下了基礎(chǔ)。課程設(shè)計是針對某一理論課程的要求，對我們進(jìn)行綜合性實踐訓(xùn)練的實踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)我們運(yùn)用課程中所學(xué)的理論知識與實際緊密結(jié)合，獨立地解決實際問題的能力。以電路的基本本課程設(shè)計介紹的是二階有源

7、濾波器的設(shè)計方法與測試技術(shù), 理論為基礎(chǔ)，著重介紹電路的設(shè)計，裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。2.二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能實測1設(shè)計內(nèi)容與要求課程設(shè)計內(nèi)容（一）模擬仿真的主要內(nèi)容交流分析：分析電路的頻率特性。交流分析：可以進(jìn)行幅頻特性、相頻特性分析直流分析：計算電路的直流工作點，采用直流掃描和參數(shù)掃描。非線性電路 需要進(jìn)行多次迭代逼近。暫態(tài)分析：在給定的初始狀態(tài)和輸入激勵下計算出電路的輸出響應(yīng)。零點極點分析：計算電路中復(fù)頻域的特征點。實質(zhì)上是電抗網(wǎng)絡(luò)中的諧振點 分布。還有正弦穩(wěn)態(tài)分析、噪聲分析、容差分析、失真分析、溫度特性分析等。硬件設(shè)計：方案確定后要搭建實際電路，調(diào)出要求的功能，并且測

8、出其性能 指標(biāo)進(jìn)行比對。通過實測結(jié)果確認(rèn)技術(shù)性能指標(biāo) 。課程設(shè)計要求（二）具體任務(wù)以下設(shè)計內(nèi)容及要求中未標(biāo)注為基本要求的要積極動腦進(jìn)行擴(kuò) 展。二階有源帶通濾波器的設(shè)計、仿真與性能實測。測試參考表格見附錄。（1）基本內(nèi)容根據(jù)基本要求完成設(shè)計。包括電路形式、元器件參數(shù)。進(jìn)行上機(jī) 仿真得出幅頻特性、相頻特性。給出曲線和表格的數(shù)據(jù)表達(dá)方式。 寫出設(shè)計說明 書。（2）提高內(nèi)容前面提到的其他特性仿真。在實驗箱或?qū)嶒灠迳?，用指定型號?運(yùn)放器（LM358/TLC2262CP/LM741）按指定的外部引線方式搭接電路供自己調(diào)試 和實際測評。電路形式，元件參數(shù)和內(nèi)部接線方式不限（3）題測試評價內(nèi)容中心頻率fo=

9、10KHz。3db帶寬不小于400Hz，以最接近1Khz為最佳。帶內(nèi)平整度小于1db矩形系數(shù)K=i畐度降至0.707的帶寬與0.1處帶寬之比。（注：矩形系數(shù)K-般是3dB帶寬和40dB帶寬的比值，一般取信道濾波器6dB帶寬 和60dB帶寬之比數(shù)值越接近1,濾波器的特性越陡峭，選擇性越理想；但是過于 陡峭邊緣的響應(yīng)會使鄰道干擾產(chǎn)生一種噪聲， 一般單邊帶通信所要求的實際指標(biāo) 大約為1: 2。）(4)測試條件通帶內(nèi)電路不失真。外加測試信號源內(nèi)阻 50歐姆。電路輸出負(fù)載 10K歐姆。單電源供電12伏。對12V單電源供電和正負(fù)6V雙電源供電的設(shè)計 參數(shù)進(jìn)行比較。濾波器通常要求做到下降 40db/10倍頻

10、程。2方案比較1.方案一：單電源帯通濾波器如圖 2.2.1圖3.2.1單電源帯通濾波器圖2.2.1單電源帶通濾波器雙電源帶通濾波器如圖2.2.2負(fù)電源圖222 雙電源帶通濾波器2.元器件方案：741, LM358J3.仿真工具方案：Multisim12.03總體方案3.1總體方案介紹帶通濾波器只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過， 而比通頻帶下限頻率 低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制， 注意：要將高通的下限截止頻率設(shè) 置為小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。典型的帶通濾波器可以從(a)帶通濾波器原理框圖二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖3.1所示。(b)電路圖(C)幅頻

11、特性圖3.1二階帶通濾波器3.2電路設(shè)計原理工作原理：這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過， 而比 通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。 典型的帶通濾波器 可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成。如圖 1 (a)所示。電路性能參數(shù)通帶增益中心頻率通帶寬度選擇性 此電路的優(yōu)點是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。例.要求設(shè)計一個有源二階帶通濾波器，指標(biāo)要求為:通帶中心頻率f0 10kHz帶寬：卄丸Hz設(shè)計步驟：1）選用圖3.1圖（b）電路。2）該電路的傳輸函數(shù):品質(zhì)因數(shù):通帶的中心角頻率:Lf 丄 + 1 = 27rx500 彳盡嚴(yán)1去】場

12、丿通帶中心角頻率叫處的電壓放大倍數(shù):(7 = C) = 0.02;zF取易頑，則:102x10伽二0.02燈曠 >2ji冥 500 二刃2x1° C10山-C®口 (2/ +£廠 0.02x10x2”x500x(2x102-10)-幻血因為實驗室器材有限，R1用10kQ電阻，R2用2k Q電阻。C1,C2采用0.01卩FhLM358單電源供電如圖3.2.1xseiKIHA-AZyC-pTH-U.Opl-VCCTU1AI MlMlJ-w-Fi JKOu r vfcjiiI圖3.2.1.1 LM324單電源供電LM324J雙電源供電如圖3.2.2圖3.2.1.2

13、 LM324 雙電源供電2. 741單電源供電如圖3.2.2.1KV-ViArMlmrl .nw-ILOlHIijI-MlKRPL4.5】圖 3.221741雙電源供電如圖3.2.2.2 hh_L圖 3.2.2.23.3軟件仿真與測試分析經(jīng)過Multisim 軟件仿真，雙電源仿真結(jié)果如圖3.3.1 :頻率為10kHz中心頻率時如圖3.3.2頻率為1kHz如圖3.3.1圖 3.3.2頻率為100kHz如圖3.3.3圖 3.3.3波特圖如圖3.3.4交流分析如圖3.3.5101.502 kHr*3.017(fi圖 3.3.4圖 3.3.5經(jīng)過Multisim 軟件仿真，單電源仿真結(jié)果如圖頻率為1k

14、Hz圖3.3.6頻率為10kHz為中心頻率時如圖3.3.7aH, P|圖 3.3.6圖 3.3.7頻率為100kHz如圖3.3.8波特圖圖3.3.93.3.8交流分析圖3.3.102修正版交流分祈e 2畫Hn10M lOfir? 1G 留S36m 101WIklUk1伽碩申(Hz)r-1.0 1.628 0 85.0 2£-lQ 1.0k 4£t2£.(k1 OM TO.GM lOC.D l.GC 10.創(chuàng)預(yù)率Hz)圖 3.3.103.4硬件仿真與測試分析經(jīng)過實驗室仿真，結(jié)果如下:1.雙電源供電圖3.4.1頻率為10kHz圖3.4.2圖圖 3.4.23.4.1Kt

15、itsn" %頻率為 31.31kHz 圖3.4.3 頻率為 1.178kHz 圖 3.4.4imiuum圖341圖3442.單電源供電圖3.4.5頻率為10kHz圖3.4.6WHO勿品rrH圖 3.4.5圖 3.4.6頻率為119hz圖3.4.7頻率為 317.4kHz 圖3.4.8i圖 3.4.7圖 3.4.8.I3.5問題解決與討論低通部分的改進(jìn) 由于在仿真階段的疏忽和調(diào)節(jié)的盲目，使得地同參數(shù)出 了很大問題，一直到實際電路搭接出來后還在為低通電路部分發(fā)愁。后來通過對仿真圖的調(diào)節(jié)、實際電路的分塊測試，低通濾波電路的不可行之處實實在在的擺 在我們眼前，因此重新開始從計算開始，確立參

16、數(shù)，在上面已經(jīng)予以說明，但新 的問題又出現(xiàn)了，高頻部分波特圖出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，且轉(zhuǎn)折前后斜率不盡相同，在之前 給出的方針和實測圖中都有出來，其原因初步被判定為是兩個二階濾波電路頻率 不匹配，致使濾波通帶沒有能完全重合。4 .結(jié)論模電部分我做的二階有源帶通濾波器。從仿真開始就一路出錯，無法滿足足 夠的衰減的系數(shù)。最終，在參考了別人的參數(shù)之后我們的仿真勉強(qiáng)過關(guān)了，而連電路方面又遇到了問題。最開始連得電路，其實已經(jīng)實現(xiàn)了功能了，但是因為對 其波形不熟悉，所以自以為是的拆掉了重新連了一遍，換了個方式之后，在之后的7,8次重新連的電路里，都沒有成功，而且還燒了個芯片。在一遍遍的嘗試 之后，我們對我的電路圖提出了質(zhì)疑，在仔細(xì)的檢查之后發(fā)現(xiàn)示波器連接位置出 錯導(dǎo)致結(jié)果一直沒有出現(xiàn)，在解決問題之后我們的結(jié)果就正確的出現(xiàn)了。5 .參考文獻(xiàn)1羅杰，謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.第四版.電子工業(yè)出版社，20082閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，第五版，高等教育出版社，20063康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），第五版，高等教育出版社，20064鄭步生 吳渭，Multisim 2001 電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，20026.附錄6.1元器件明細(xì)表運(yùn)算放大器0.01卩F電容 10K電阻