二階低通濾波器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 模擬電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 二階低通濾波器的設(shè)計(jì) 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： xxxxxx班 學(xué)號： xxxxxx 姓名： xxxxxx 評分： 教師： 2015年 5月 1 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 1420 15 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 7 周 9周題目二階低通濾波器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋二種方法設(shè)計(jì)電路；2、中心頻率fO=2KHz；3、增益AV2；進(jìn)度安排1. 第七周查找資料、設(shè)計(jì)電路、由仿真結(jié)果圖 2. 第八周領(lǐng)元器件、焊接電路3第九周測試電路及結(jié)果學(xué)生姓名：14黎廣華 13郭波指

2、導(dǎo)時(shí)間2015年4月8日2015年4月29日指導(dǎo)地點(diǎn)：綜合樓506任務(wù)下達(dá)20 15 年4 月8 日任務(wù)完成2015 年4 月 29 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師張小林 系（部）主任摘要低通濾波器是一個(gè)通過低頻信號而衰減或抑制高頻信號的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)幅值應(yīng)為零。有源濾波器是指由放大電路及RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波器電路，它實(shí)際上是一種具有特定頻率相應(yīng)的放大器。濾波器的階數(shù)越高，幅值特性的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。根據(jù)指示，本次設(shè)計(jì)選用二階有源低通濾波器。該電路主要采用了UA7

3、41運(yùn)放，并且在一階的基礎(chǔ)上增加一節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)，加大幅頻特性衰減斜率，以達(dá)到在給定的頻段內(nèi)，讓信號無衰減的通過電路，而通帶外的其他信號將受到很大的衰減，從而提高濾波器效率。關(guān)鍵詞：低通濾波器 集成運(yùn)放UA741 RC網(wǎng)絡(luò)目錄前言·······························&

4、#183;·······························1第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求················

5、;·························21.1 課設(shè)題目·······················&#

6、183;·······························21.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求················&#

7、183;·······························21.3 設(shè)計(jì)目的·················

8、;·····································2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理··········

9、83;······························32.1 二階有源低通濾波器的特點(diǎn)················

10、3;······················32.2 設(shè)計(jì)原理··························&

11、#183;···························3第三章 單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元件選擇···················&

12、#183;·············53.1 二階壓控電壓源低通濾波的設(shè)計(jì)·································

13、··53.2 二階無限增益多路反饋低通濾波器的設(shè)計(jì)···························6第四章 實(shí)驗(yàn)仿真、調(diào)試及測試結(jié)果分析··············

14、·················74.1 二階壓控電壓源低通濾波······························&#

15、183;··········74.2 二階無限增益多路反饋低通濾波···································84.3 實(shí)驗(yàn)

16、數(shù)據(jù)記錄·················································&#

17、183;·94.4 誤差分析···············································

18、;·······10結(jié)論與體會(huì)·········································

19、3;··············11參考文獻(xiàn)··································

20、3;·······················12附錄一··························

21、;··································13附錄二···············

22、·············································14附錄三····&

23、#183;·················································&

24、#183;·····15前言當(dāng)今時(shí)代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的電子技術(shù)在各個(gè)近代學(xué)科門類和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有不可或缺的核心地位。同時(shí)在國家的事業(yè)中發(fā)揮了重大作用，只有科技才能使一個(gè)國家變得真正強(qiáng)大。作為一名大學(xué)生不僅僅要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還要把理論運(yùn)用到實(shí)踐中去，做到學(xué)以致用。低通濾波器的使用非常廣泛。該種濾波器只讓規(guī)定的低通頻率通過，而且電路性能穩(wěn)定，增益易調(diào)節(jié)。利用這一特點(diǎn)不僅可以通過有用信號還可以抑制無用信號。工程上常常用低通濾波器作信號處理，數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾。例如：無線電發(fā)射機(jī)利用低通濾波器阻塞可能引起與其他通信發(fā)生干擾的諧波發(fā)射；固體

25、屏障也是一個(gè)聲波的濾波器，當(dāng)一個(gè)房間播放音樂時(shí)很容易聽到低音，但高音被濾掉了。我國現(xiàn)有濾波器的種類和所覆蓋的頻率雖然基本上滿足現(xiàn)有各種電信設(shè)備。但從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國電子產(chǎn)品要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍是一個(gè)問題。第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1課設(shè)題目二階低通有源濾波器的設(shè)計(jì)與制作1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1. 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法設(shè)計(jì)電路2. 截止頻率fc=2000HZ3. 增益Av=21.3設(shè)計(jì)目的（1）通帶內(nèi)信號衰減要小，阻帶內(nèi)信號衰減要盡量大，由通帶過渡到阻帶的衰減特性陡直上升；（2) 通帶內(nèi)的特性阻抗要為常數(shù)

26、，以便阻抗匹配。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1二階有源低通濾波器的特點(diǎn)（1）有源低通濾波器：容許底頻信號通過，但減弱（或減少）頻率高于截止頻率的信號通過，而且通帶放大倍數(shù)和頻率特性并不隨負(fù)載變化而變化。（2）壓控電壓源二階濾波電路的特點(diǎn)：運(yùn)算放大器為同相接法，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。其優(yōu)點(diǎn)是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。（3）無限增益多路負(fù)反饋二階濾波電路的特點(diǎn)：運(yùn)算放大器為反相接法，由于放大器的開環(huán)增益無限大，反相輸入端可視為虛地，輸出端通過電容和電阻形成兩條反饋支路。其優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓與輸入電壓的相位相反，元件較少，但增益調(diào)節(jié)不方便。2.2設(shè)計(jì)原理（1

27、）有源二階壓控濾波器基礎(chǔ)電路：圖2.2.1 二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路它由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號頻率f>>f0時(shí)（f0為截止頻電路的每級RC電路的相移趨于-90，兩級RC電路的移相到-180，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容c引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過，其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。（2） 無限增益多路反饋有源濾波器基本

28、電路：圖2.2.2 無限增益多路反饋有源濾波基礎(chǔ)電路在二階壓控電壓源低通濾波電路中，由于輸入信號加到集成運(yùn)放的同相輸入端，同時(shí)電容C1在電路參數(shù)不合格時(shí)會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。為了避免這一點(diǎn)，Aup取值應(yīng)小于3，可以考慮將輸入信號加到集成運(yùn)放的反相輸入端，采取和二階壓控電壓源低通濾波器電路相同的方式，引入多路反饋，構(gòu)成反相輸入的二階低通濾波器電路，這樣既能提高濾波器電路的性能，也能提高在f=f0附近的頻率特性幅度。由于所示電路中的運(yùn)放可看成理想運(yùn)放，即可認(rèn)為其增益無窮大，所以該電路叫做無限增益多路反饋低通濾波電路。第三章 單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元件選擇3.1二階壓控電壓源低通濾波的設(shè)計(jì)（1）仿真電路圖如下

29、所示：圖3.1（2）參數(shù)計(jì)算：電路的傳輸函數(shù)：，其中Q為品質(zhì)因數(shù)通帶放大倍數(shù)： (1)濾波器的截止角頻率：， （2）為了減小輸入偏置電流及其漂移對電路的影響，應(yīng)使： （3）將上述方程與聯(lián)立求解，可得： （4）令R1=R2=R，C1=C2=C；先取C1=C2=C，然后計(jì)算R1和R2又由于fp=2KHZ，因此先確定電容C1=C2的值，即?。篊1=C2=C=0.01uf,將C1=C2=C帶入式，可得：R1=R2=8K，又，R3=R4=4R1,即R3=R451K3.2二階無限增益多路反饋低通濾波器的設(shè)計(jì)（1） 仿真電路圖如下：圖3.2（2） 推導(dǎo)公式同上，取R3=100，R1=2K，R2=4K，C1=

30、18nf,C2=1uf,注0.18uf的電容由兩個(gè)0.1uf的電容并聯(lián)而成。第四章 實(shí)驗(yàn)仿真、調(diào)試及測試結(jié)果分析4.1二階壓控電壓源低通濾波當(dāng)輸入的信號頻率小于截止頻率2000hz，其電路的增益為2，即其波形的峰值是兩倍。當(dāng)f=500hz，f=2khz，f=15khz時(shí)得仿真圖如下：圖4.1.1 f=500hz時(shí)得仿真波形圖圖4.1.2 f=2Khz時(shí)得仿真波形圖圖4.1.3 f=15Khz時(shí)得仿真波形圖4.2二階無限增益多路反饋低通濾波當(dāng)輸入的頻率是500hz，2khz，15khz的交流電源，輸出信號的波形圖分別如下圖4.2.1 f=500hz時(shí)得仿真波形圖圖4.2.2 f=2Khz時(shí)得仿真波形圖圖4.2.3 f=15Khz時(shí)得仿真波形圖4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄輸入頻率f(hz)輸入電壓u（v)輸出電壓U（v)電壓增益500122200012215000100由以上波形圖可知，當(dāng)輸入信號頻率在2000hz以內(nèi)時(shí)，輸出為