信號與系統課程設計-RC高通有源濾波器課程設計報告

1、課 程 設 計設計題目 RC高通有源濾波器 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 指導教師 設計題目RC高通有源濾波器成績課程設計主要內容設計制作一個增益可調，截止頻率C=3000Hz的RC有源高通濾波器閱讀教材第十章第八節(jié)，理解RC有源濾波器；查閱有關RC有源濾波器設計的相關資料，確定設計方案和元件數值；用Multisim模擬所得濾波器的頻響特性（運放選用NE5532）；由于實驗室只能提供特定的的元件數值，按照能獲得的元件數值對電路進行修正和模擬，獲得最符合要求的電路元件參數。按獲得的電路及元件參數，用面包板焊接好濾波器，連接信號發(fā)生器、示波器，測試電路的頻響。分析實驗結果：測試結果與模擬結果的差異及

2、其原因及可能的改進方法。撰寫課程設計報告。指導教師評語建議：從學生的工作態(tài)度、工作量、設計（論文）的創(chuàng)造性、學術性、實用性及書面表達能力等方面給出評價簽名： 200 年 月 日設計類型：信號與系統課程設計課程設計題目：設計制作一個增益可調，截止頻率=3000Hz的RC有源高通濾波器要求如下：閱讀教材第十章第八節(jié)，理解RC有源濾波器；查閱有關RC有源濾波器設計的相關資料，確定設計方案和元件數值；用Multisim模擬所得濾波器的頻響特性（運放選用NE5532）；由于實驗室只能提供特定的的元件數值，按照能獲得的元件數值對電路進行修正和模擬，獲得最符合要求的電路元件參數。按獲得的電路及元件參數，用面

3、包板焊接好濾波器，連接信號發(fā)生器、示波器，測試電路的頻響。分析實驗結果：測試結果與模擬結果的差異及其原因及可能的改進方法。撰寫課程設計報告。二. 課程設計目的：理解RC有源濾波器，學習RC有源濾波器的設計方法，由濾波器設計指標計算電路元件參數。掌握應用Multisim軟件；掌握常用元器件的識別和測試，測量有源濾波器的幅頻特性；熟悉常用儀表，了解電路調試的基本方法，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力；體會課程設計的過程，通過理論聯系實際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高實踐能力，為后續(xù)課程的學習，畢業(yè)設計，畢業(yè)后的工作打下基礎。課程設計環(huán)境：Multisim介紹Multisim是Interctiv

4、e Image Technologies公司推出的一個專門用于電子電路仿真和設計的軟件，目前在電路分析、仿真與設計等應用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結合的方式，具有一般Windows應用軟件的界面風格，用戶可以根據自己的習慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設計電路中的虛擬儀表，使電路的仿真分析操作更符合工程技術人員的工作習慣。下面主要針對軟件中基本的仿真與分析方法做簡單介紹。EDA就是“Electronic Design Automation”的縮寫技術已經在電子設計領域得到廣泛應用。發(fā)達國家目前已經基本上不存在電子產品的手工設計。一臺電子產品的設計過程，

5、從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機程序、機內結構、FPGA的構建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內的物理級設計再到PCB鉆孔圖、自動貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產所需資料等等全部在計算機上完成。EDA已經成為集成電路、印制電路板、電子整機系統設計的主要技術手段。功能：直觀的圖形界面豐富的元器件強大的仿真能力豐富的測試儀器完備的分析手段獨特的射頻(RF)模塊強大的MCU模塊四. 課程設計內容：方案比較及工作原理：方案一：壓控電壓源二階高通濾波器壓控電壓源二階有源高通濾波器電路原理如圖1所示，運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

6、于一個電壓源。其優(yōu)點是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調節(jié)。圖1.壓控電壓源二階高通濾波器其傳輸函數為：通帶放大倍數：令R1=R2=R，C1=C2=C，截止頻率：品質因數：方案二：無限增益多路負反饋二階高通濾波器無限增益多路負反饋二階高通濾波器如圖2所示，運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)點是：輸出電壓與輸入電壓的相位相反，元件較少，但增益調節(jié)不方便。圖2.無限增益多路負反饋二階高通濾波器該電路的傳輸函數為：通帶放大倍數：截止頻率：品質因數：方案選擇：壓控電壓源二階高通濾波器的增益容易調節(jié)，而無限增益多路負反饋二階高通濾波

7、器盡管元件較少，但增益調節(jié)不變，根據題目要求，我們選擇方案一。另外，我們在方案一的基礎上又實現了三階、四階、差分形式的高通有源濾波器，實現性能提高。設計分析圖3.原理圖RC高通有源濾波器的截止頻率C=3000Hz，根據截止頻率公式，此時得到的截止頻率大約為假定R1=Rf=20k，可以通過調節(jié)R1和Rf的值，來調節(jié)增益，此時其通帶放大倍數：品質因數：傳輸函數： 模擬仿真Multisim仿真電路圖如圖4所示。圖波特圖示儀XBP1顯示波形如圖5所示，幅度增益在小于3000Hz時逐漸減小，在大于3000Hz時，幅度增益基本保持不變。圖5.二階RC高通有源濾波器的幅頻特性實物制作由于在設計時已經考慮到實

8、際電阻電容參數的值，直接制作即可，其中R=2k，R使用2k電阻和3k電阻串聯而成。焊接實物圖如圖6所示。 元器件清單元件名稱規(guī)格及用途數量NJM5532DD雙運放、直插DIP-81電容10nF2電阻20k2電阻2k2電阻k3萬用板5*7cm 線路板、洞洞板1測試電路焊接好后，需要函數發(fā)生器、示波器、萬用表各一個，一個能產生+12V，-12V的直流穩(wěn)壓并聯接地電源，函數發(fā)生器產生0至10KHz，幅值為1V的信號。直流穩(wěn)壓電源的+5V接5532DD JRC的8引腳，-12V接4引腳。示波器CH1連接電路的輸入端，CH2連接電路的輸出端。調節(jié)輸入信號的頻率從1變化至10KHz，觀察輸入輸出信號波形幅

9、值變化，當輸入頻率小于3KHz時，輸出信號的增益快速衰減，當輸入頻率大于3KHz時，輸出信號的幅度基本保持不變，與仿真相符合。注意：在打開電源之前，應現用萬用表檢測引線及各個電阻，確保沒有短路和斷路，且不能帶電操作。 KHz時的波形圖9.1.7 KHz時的波形圖10.3KHz時的波形圖11 10KHz時的波形誤差分析電阻的標稱值與真實值之間存在誤差，在選取電阻時，實際電阻與理論計算電阻不太相符，導致誤差 測量儀器的誤差，主要是示波器的量化誤差 系統誤差，主要是測量儀器內阻的影響，導致儀器的讀數值與電路的真實值之間存在誤差。 電源電壓輸出值與真實值之間存在誤差 示波器及函數信號發(fā)生器抗干擾能力差

10、，產生誤差優(yōu)化措施我們可以通過采用電阻、電容串并聯的方式逼近理想參數，減小誤差。提高濾波器的階數，使增益在阻帶衰減加快采用巴特沃斯特性、切比雪夫特性及貝塞爾特性的濾波器改善性能差分輸入輸出的濾波器三階高通有源濾波器的仿真電路圖如圖12所示，幅頻特性如圖13所示。圖13.三階RC高通有源濾波器的幅頻特性四階高通有源濾波器的仿真電路圖如圖14所示，幅頻特性如圖15所示。圖14.四階高通有源濾波器仿真電路圖圖15.四階RC高通有源濾波器的幅頻特性通過對二階、三階及四階濾波器的頻率響應分析，階數越高，增益在阻帶衰減的越快，濾波器的性能越好，但是濾波器的階數越高，所用的元器件越多，成本越高，在性能要求不

11、高時，盡量選擇適合的濾波器五階巴特沃斯高通濾波器仿真電路圖如圖16所示，幅頻特性如圖17所示圖16.巴特沃斯高通濾波器仿真電路圖圖17.巴特沃斯高通濾波器的幅頻特性差分高通有源濾波器仿真電路圖如圖18所示，幅頻特性如圖19所示圖18.差分高通有源濾波器仿真電路圖圖19.差分高通有源濾波器的幅頻特性五. 心得體會：通過這次課程設計，讓我更加深刻了解課本知識，和以往對知識的疏忽得以補充，在設計過程中遇到一些模糊的公式和專業(yè)用語，比如說經濟刮板運輸機及皮帶運輸的選擇，在選擇選擇刮板皮帶運輸選型時,在使用手冊時，有的數據很難查出，但是這些問題經過這次設計，都一一得以解決，我相信這本書中還有很多我為搞清

12、楚的問題，但是這次的課程設計給我相當的基礎知識，為我以后工作打下了嚴實的基礎。雖然這次課程是那么短暫的2周時間，我感覺到這些天我的所學勝過我這一學期所學，這次任務原則上是設計，其實就是一次大的作業(yè)，是讓我對課本知識的鞏固和對基本公式的熟悉和應用，計算力學和運動學及預選電動機過程中的那些繁瑣的數據，使我做事的耐心和仔細程度得以提高。課程設計是培訓學生運用本專業(yè)所學的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實際問題的重要教學環(huán)節(jié)，是對三年所學知識的復習和鞏固。同樣，也促使了同學們的相互探討，相互學習。因此，我們必須認真、謹慎、踏實、一步一步的完成設計。如果時間可以重來，我可能會認真的去學習和研究，也可能會自己獨立的完成一個項目，我相信無論是誰看到自己做出的成果時心里一定會很興奮。此次設計讓我明白了一個很深刻的道理：團隊精神固然很重要，擔人往往還是要靠自己的努力，自己親身