二階有源低通濾波器

2014級(jí)《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書二階有源低通濾波器院、部：電氣與信息工程學(xué)生姓名：某某學(xué)號(hào)：**********指導(dǎo)教師：*****職稱*****專業(yè)：******班級(jí)：**************完成時(shí)間：****************課程設(shè)計(jì)評(píng)定意見指導(dǎo)老師評(píng)閱意見 指導(dǎo)老師簽字：指導(dǎo)老師評(píng)定成績教研室意見教研室主任簽字：《 模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院適應(yīng)專業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱二階有源低通濾波電路內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一種二階RC有源低通濾波器電路,截止頻率100HZ，通帶內(nèi)增益2~3倍。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、電路設(shè)計(jì)方案比較；2、電路參數(shù)分析計(jì)算和選擇；

3、單元電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行分析；4、實(shí)物制作；5、系統(tǒng)調(diào)試（使用的儀器、測(cè)試數(shù)據(jù)表）；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)基本要求與指標(biāo)1、電路截止頻率100HZ；2、通帶內(nèi)增益2~3倍；二、擴(kuò)展要求與指標(biāo)1、幅頻特性、相頻特性曲線盡可能接近理想化；2、能采用另一種方案設(shè)計(jì)RC有源低通濾波器。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2016.6.10-6.13下達(dá)任務(wù)書，針對(duì)選題任務(wù)書，收集資料2016.6.14-6.15針對(duì)課題任務(wù)，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)2016.6.16-6.17對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真2016.6.18-6.20進(jìn)行電路制作與調(diào)試2016.6.21進(jìn)行說明書書寫2016.6.22實(shí)物答辯主要參考資料［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)[M].江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2000.213～236［3］彭介華.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第三版)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2002.70～157［5］邱光源.電路[M].第5版.北京:高等教育出版社,2002.125～204［6］曹才開，張丹，羅雪蓮，等.電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].湖南：中南大學(xué)出版社，2009.156～158，141～146，287～293［7］熊幸明，曹才開，王新輝.電工電子實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.34～41,283～300［8］劉銘，陳世利.電子線路綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.59～63指導(dǎo)教師意見簽名：年月日教研室意見簽名：年月日 《 模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院適應(yīng)專業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱直流穩(wěn)壓電源內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)輸入為有效值220V的交流電壓時(shí)，能產(chǎn)生±12V、±9V、±5V三組直流電壓輸出。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、電路設(shè)計(jì)方案比較；2、電路參數(shù)分析計(jì)算和選擇；

3、單元電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行分析；4、實(shí)物制作；5、系統(tǒng)調(diào)試（使用的儀器、測(cè)試數(shù)據(jù)表）；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)一、設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1、要求輸入電壓為有效值220V、50Hz的市電交流電壓，電源輸出電壓為±12V、±9V、±5V。2、最大輸出電流為Iomax=500mA，紋波電壓△VOP-P≤5mV，穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤5%。二、擴(kuò)展要求與指標(biāo)1、能顯示電源輸出電壓值，00.0-12.0V；2、要求有短路過載保護(hù)。 進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2016.6.10-6.13下達(dá)任務(wù)書，針對(duì)選題任務(wù)書，收集資料2016.6.14-6.15針對(duì)課題任務(wù)，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)2016.6.16-6.17對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真2016.6.18-6.20進(jìn)行電路制作與調(diào)試2016.6.21進(jìn)行說明書書寫2016.6.22實(shí)物答辯主要參考資料［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)[M].江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2000.213～236［3］彭介華.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第三版)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.2002.70～157［5］邱光源.電路[M].第5版.北京:高等教育出版社,2002.125～204［6］曹才開，張丹，羅雪蓮，等.電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].湖南：中南大學(xué)出版社，2009.156～158，141～146，287～293［7］熊幸明，曹才開，王新輝.電工電子實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.34～41,283～300［8］劉銘，陳世利.電子線路綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.59～63指導(dǎo)教師意見簽名：年月日教研室意見簽名：年月日 摘要濾波器是一種使用信號(hào)通過而同時(shí)抑制無用頻率信號(hào)的電子裝置，在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動(dòng)控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。采用集成運(yùn)放構(gòu)成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調(diào)等特點(diǎn)。分析了二階有源低通濾波器的設(shè)計(jì)要求，確定了設(shè)計(jì)方案，計(jì)算了所需元器件參數(shù)。利用Multisim建立了二階有源低通濾波器仿真模型，并進(jìn)行了仿真測(cè)試。利用AD軟件繪制了PCB圖，用熱轉(zhuǎn)印設(shè)備進(jìn)行了PCB板打印，完成電路板的制作，并對(duì)電路板進(jìn)行了調(diào)試和測(cè)試。最后綜合分析仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：低通濾波器；截止頻率；UA741 目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 II（f=60Hz）圖6顯示出，當(dāng)輸入信號(hào)頻率是f=60Hz，輸入電壓Vi=-324.285mV，輸出電壓Vo=-699.215mV，Vi和Vo是正相的。所以增益：（6）圖7二階有源低通濾波仿真波形圖Ⅲ（f=90Hz）圖7顯示出，當(dāng)輸入信號(hào)頻率是f=90Hz，輸入電壓Vi=-293.112mV，輸出電壓Vo=805.417mV，Vi和Vo是反相的。所以增益：（7）以上三組數(shù)據(jù)分析出，電壓增益與設(shè)計(jì)方案的理論值2.5倍。雖然有一定的差距，但是在誤差允許范圍內(nèi)，所以符合設(shè)計(jì)要求。圖8二階有源低通濾電路波特圖圖9二階有源低通濾波仿真截止頻率（f=160Hz）圖8、圖9顯示出截止頻率與理論值100Hz有著一定的差距，仿真結(jié)果大概在160Hz左右，這可能是由于電阻和電容的位置存在偏差及兼顧通道內(nèi)電壓放大倍數(shù)引起的，也可能是Multisim軟件自身造成的誤差。4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與仿真4.1直流穩(wěn)壓電源的工作原理及Multisim仿真電路圖穩(wěn)壓電源電路主要由變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等電路以及模塊構(gòu)成。首先用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低，獲得所需要的電壓，然后整流變成單項(xiàng)直流電，然后再濾除交流成分，最后經(jīng)過穩(wěn)壓供給負(fù)載電路。圖10直流穩(wěn)壓電源電路圖4.2直流穩(wěn)壓電源的器件選擇4.2.1變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯、。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器。設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為E148*24的雙12V變壓器，變比為18：1。4.2.2整流橋整流橋就是將整流管封在一個(gè)殼內(nèi)了。分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個(gè)二極管封在一起。半橋是將兩個(gè)二極管橋式整流的一半封在一起，用兩個(gè)半橋可組成一個(gè)橋式整流電路，一個(gè)半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路，選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。由輸出電流，選擇整流橋。這里選擇DB101型號(hào)。4.2.3三端穩(wěn)壓管用LM7812、LM7912、LM7809、LM7909、LM7805、LM7905三端穩(wěn)壓管來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。4.3直流穩(wěn)壓電源仿真4.3.1變壓部分變壓后，波形為正弦波，電壓下降到變壓器規(guī)定的電壓,其波形如圖11所示。圖11穩(wěn)壓電源變壓仿真圖由圖11可以看出變壓后，變壓器變壓為15.491v。4.3,2整流部分電路整流后，由雙向脈動(dòng)的正弦波變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的正弦波,其波形如圖12所示。圖12電路整流仿真圖由圖12可以看出整流后，由雙向脈動(dòng)的正弦波變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的正弦波。4.3.3濾波部分濾波是將單向脈動(dòng)的正弦波變?yōu)榧y波。其波形如圖13所示。圖13濾波部分仿真圖由圖13可以看出濾波后，由單向脈動(dòng)的正弦波變成紋波。4.3.4穩(wěn)壓部分穩(wěn)壓是將紋波進(jìn)一步變?yōu)闆]有脈動(dòng)的波形，作為輸出，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其波形如圖14所示。14圖14穩(wěn)壓部分仿真圖由圖14可以看出穩(wěn)壓后，由紋波變?yōu)榉€(wěn)定的直線，輸出平均值為9.433V，滿足設(shè)計(jì)要求。5電路制作與測(cè)試5.1PCB制版確認(rèn)仿真數(shù)據(jù)正確后，就開始使用AD軟件進(jìn)行PCB圖的繪制。啟動(dòng)PCB制版軟件后，先新建元件及做好封裝。其次，畫出原理圖，導(dǎo)入到PCB中進(jìn)行排版布線。PCD圖制作完成后，便開始制作PCD電路板利用激光打印機(jī)先將圖形打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，再通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)將圖形“轉(zhuǎn)印”到敷銅板上，形成有墨粉組成的抗腐蝕圖形，再經(jīng)腐蝕液腐蝕后即可獲得所需印制板圖形，這整個(gè)過程叫熱轉(zhuǎn)印法。其中，熱印紙是具有耐高溫（180.5℃）不黏連特性的轉(zhuǎn)印媒介，熱轉(zhuǎn)印機(jī)是實(shí)現(xiàn)“熱轉(zhuǎn)印”的設(shè)備。經(jīng)過激光打印機(jī)將PCB圖形打印到熱轉(zhuǎn)印紙，再將熱轉(zhuǎn)印紙固定到敷銅板上，接下來再使用蝕銅液(腐蝕銅的化學(xué)藥品)對(duì)基板進(jìn)行蝕刻后，再清洗，覆銅基板上彎彎繞繞的銅線，就是用來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞的，把不用的銅箔蝕掉，留下墨粉組成的抗腐蝕圖形，留在基板上彎彎繞繞的銅線，就是用來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞的，線路圖就這么在基板上呈現(xiàn)出來，銅線電路完成之后便是安裝元器件，最后是焊接。將所需的元件在板子上焊好，即可調(diào)試和測(cè)試了。（PCB圖見附錄A）5.2電路的焊接在組裝電路時(shí)，先對(duì)電路板進(jìn)行檢查，看有無裂痕，連接導(dǎo)線是否開路等，在插放元件的時(shí)候，最好對(duì)每個(gè)元件進(jìn)行檢測(cè)。原件有可能存在一定的誤差。在焊接是要注意元件引腳的正確擺放，特別是一些有級(jí)性的元件，防止插錯(cuò)了有可能對(duì)電路造成短路，在焊接元件時(shí)也要注意，特別是對(duì)一些精密度高的元件應(yīng)注意電烙鐵的溫度，最好不要在風(fēng)扇下面進(jìn)行操作，以免風(fēng)扇影響烙鐵的溫度，同時(shí)要注意焊接技術(shù)，不要出現(xiàn)尖角，剪出引腳的時(shí)候，引腳不要留的太長，避免不必要的干擾。5.3直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試經(jīng)調(diào)試，測(cè)得輸出分別為-12.23V，11.89V，-9.09V，8.89V，-5.06V，4.98V符合設(shè)計(jì)要求指標(biāo)，完成設(shè)計(jì)。5.4二階有源低通濾波器的調(diào)試5.4.1調(diào)試過程將UA741芯片4腳，7腳所連接的插針分別-12，+12直流供電，輸入端插針連接信號(hào)發(fā)生器，輸出端插針連接示波器。信號(hào)發(fā)生器選擇波形為正弦波，輸入電壓為300mV保持不變,調(diào)節(jié)信號(hào)頻率從30Hz逐漸調(diào)到2000Hz，從中抽取13組不同頻率的信號(hào)，觀察示波器中輸出電壓及頻率的的變化。5.4.2調(diào)試數(shù)據(jù)記錄及分析當(dāng)輸入電壓時(shí)，把信號(hào)頻率從0Hz逐漸調(diào)到2000Hz，從中抽取13組不同頻率的信號(hào)，記錄入表2中。表2二階有源低通濾波電路測(cè)試值示波器信號(hào)頻率（f/Hz）輸入信號(hào)頻率（f/Hz）輸入信號(hào)幅值（Ui/mV）輸出信號(hào)頻率（f/Hz）輸出信號(hào)幅值（Ui/mV）增益Av3029.9630829.798002.5975050.0130849.958722.8317070.0330669.839122.9809090.0030689.979683.163100104.993021059203.046130129.99302120.27922.623150149.99302150.46042.0180179.9304180.34161.368300300.02300299.991400.467900900.930490115.60.0511000999.0304100013.60.04512001119.83041119100.03320002000.230019690.590.002由表2中的數(shù)據(jù)可見，通帶增益約為3.163左右，當(dāng)通帶增益下降3dB時(shí)頻率為150Hz，當(dāng)頻率增大為900Hz時(shí)，增益為0.051。由表3數(shù)據(jù)可算出：（8）由式（8）可知當(dāng)fH>150Hz,幅頻增益以35.851dB/十倍頻程下降。這說明當(dāng)輸入頻率小于150Hz通帶增益衰減不大；當(dāng)輸入頻率超過150Hz時(shí)通帶增益出現(xiàn)了明顯衰減，實(shí)現(xiàn)了低通的作用。同時(shí)可以看出輸入和輸出的頻率幾乎相同，這說明濾波器不會(huì)改變輸入信號(hào)的頻率。在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，以上的數(shù)據(jù)都符合設(shè)計(jì)要求。5.4.3誤差分析（1）電子元器件的自身誤差，不是十分精確。（2）在焊接電路板的過程中，焊點(diǎn)之間會(huì)有相互影響。（3）參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，使得功能不能更好的體現(xiàn)。（4）集成塊不是十分理想的集成塊，在使用是會(huì)有一定的影響。（5）調(diào)試儀器的精度不夠，無法精確的檢驗(yàn)結(jié)果。（6）信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)不夠穩(wěn)定。結(jié)束語這次課程設(shè)計(jì)讓我重新溫習(xí)了一遍書本知識(shí)，讓我弄懂的很多以前不太明白的知識(shí)。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力，這將為我以后工作打下良好的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更為深刻地認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。明白理論知識(shí)需要與實(shí)踐結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從實(shí)踐中得出經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和思考問題的能力。在實(shí)踐中，雖然我們遇到了一個(gè)個(gè)的問題，但是我們都努力的去解決。這樣我更加明確了團(tuán)隊(duì)合作是多么的重要。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我會(huì)更加認(rèn)真的去學(xué)習(xí)和做好與隊(duì)友的合作?？傊?，通過完成這一次課程設(shè)計(jì)，我提高了我的動(dòng)手動(dòng)腦能力，也吸取了很多的教訓(xùn)相信這會(huì)為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)[M].江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2000.213～236［3］彭介華.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·