二階有源低通濾波器設(shè)計(jì)

學(xué)號(hào):課程設(shè)計(jì)題 目二階有源低通濾波器設(shè)計(jì)TOC\o"1-5"\h\z學(xué) 院專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師年月日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一題目要求與方案論證 2（設(shè)計(jì)題題目）二階有源低通濾波器 2題目要求 2\o"CurrentDocument"方案論證 2（實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)生器與計(jì)數(shù)器 5題目要求 5\o"CurrentDocument"方案論證 5\o"CurrentDocument"二 電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7\o"CurrentDocument"二階有源低通濾波器 7\o"CurrentDocument"十位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì) 8三結(jié)果與分析 10二階有源低通濾波器 10二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn) 11四總結(jié)與體會(huì) 13參考文獻(xiàn) 14題目要求與方案論證（設(shè)計(jì)題題目）二階有源低通濾波器題目要求設(shè)計(jì)二階有源低通濾波器。要求截止頻率f=1000H；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A=15,品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。分析電路工作原理，設(shè)計(jì)電路圖，列出電路的傳遞函數(shù)，正確選擇電路中的參數(shù)。方案論證（1）：對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理時(shí)，常常會(huì)遇到有用信號(hào)疊加上無(wú)用噪聲的問(wèn)題，這些噪聲有的是與信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生的，有的是傳輸過(guò)程中混入的。因此，從接收的信號(hào)中消除或減弱干擾噪聲，就成為信號(hào)傳輸與處理中十分重要的問(wèn)題。根據(jù)有用信號(hào)與噪聲的不同特性，消除或減弱噪聲,提取有用信號(hào)的過(guò)程稱為濾波，實(shí)現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。濾波器分為無(wú)源濾波器與有源濾波器兩種：①無(wú)源濾波器：由電感L、電容C及電阻R等無(wú)源元件組成②有源濾波器：一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無(wú)用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。從功能來(lái)上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（APF）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。工作原理：二階有源濾波器是一種信號(hào)檢測(cè)及傳遞系統(tǒng)中常用的基本電路，也是高階慮波器的基本組成單元。常用二階有源低通濾波器的電路型式有壓控電壓源型、無(wú)限增益多路反饋型和雙二次型。本次課程設(shè)計(jì)采用壓控電壓源型設(shè)計(jì)課題。有源二階濾波器基礎(chǔ)電路如圖1所示:Ri同相比例|放大電路|圖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(hào)頻率f>>f0時(shí)(f0為截止頻率)，電路的每級(jí)RC電路的相移趨于-90°，兩級(jí)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(guò)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(hào)將起著削弱輸入信號(hào)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(hào)通過(guò)。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。傳輸函數(shù)為:A VF 1+(3-A)sCR+(sCR)2VF令 A°=AVF稱為通帶增益Q= 稱為等效品質(zhì)因數(shù)3—AVF①=A稱為特征角頻率cRCA32則A(s)= K0~t 3s2+—s+32Qc上式為二節(jié)低通濾波電路傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式注：當(dāng)3-AVF>0，即AVF<3時(shí)濾波電路才能穩(wěn)定工作。（2）芯片介紹：產(chǎn)品型號(hào)：LM324N.概述與特點(diǎn)LM324是由四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成的電路。它設(shè)計(jì)在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動(dòng)化及光、機(jī)、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：?具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3丫~30丫，雙電源±1.5V~±15V內(nèi)含相位校正回路，外圍元件少消耗電流小：Icc=0.6mA（典型值，RL=8）輸入失調(diào)電壓低：±2mV（典型值）電壓輸出范圍寬：0V~Vcc—1.5V共模輸入電壓范圍寬：0V~Vcc—1.5V封裝形式：DIP14圖2LM324N實(shí)物圖圖3LM324N管腳圖1.2（實(shí)訓(xùn)題題目）波形發(fā)生器與計(jì)數(shù)器題目要求利用74LS138以及兩片74LS195構(gòu)成模值2-8的程序計(jì)數(shù)器，如CBA輸入111（8分頻）時(shí)，QD端輸出8分頻脈沖方案論證表1.二位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表計(jì)數(shù)脈沖數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019100000進(jìn)位芯片介紹：LM324M：運(yùn)算放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。LM324M的特點(diǎn)：短跑保護(hù)輸出、真差動(dòng)輸入級(jí)、可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）、每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋⒐材７秶鷶U(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。圖4：LM324M實(shí)物圖74LS90D：74LS90是二一五一十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，從000計(jì)到111為例。先接成加法計(jì)數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時(shí)（既Q4為高電平時(shí)）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0）,此時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)到1000時(shí)則立刻置0,從新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。1000的狀態(tài)為瞬態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個(gè)狀態(tài)跳回到

0000狀態(tài)。（1）計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2）計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（3）若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由（^1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（4）若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（5）清零、置9功能。a）異步清零當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b）置9功能當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA=1001.圖5：74LS90D管腳圖RESETi圖5：74LS90D管腳圖RESETi!SEIIhlPtjTSOUTPUTSCOUNTOUTPUT峭*電MSjM5?口。QiQaS白0Qi白2Q&HHKLXLKHHXXLXLLXHLKKIXLHXLAL L L LL L L LH L L HCount—CantCtwtCCKMlB017,67ggHlHlHlHlHlLL工工HHLLLL工Hl-LL!-1-!-r-1-L Ler用X=Dan'lCarE圖6：74LS90D真值表74HC4511：圖7：74HC4511引腳圖電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二階有源低通濾波器我們的設(shè)計(jì)題目是二階有源低通濾波器。要求截止頻率f0=1000HZ；通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=15,品質(zhì)因數(shù)Q=0.707。Q=~1~由 3-%0.707可以求得A,歹所以低通濾波器的通帶電壓增4-A3」.586選擇C=82nF,選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R=9.09Kq，Rf=2.55Kq。要使A『15,則還須再接一個(gè)放大電路，使得一級(jí)輸出被放大9.43倍，則總增益達(dá)到15左右。設(shè)計(jì)仿真電路如圖：圖8二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖

十位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求利用Multisim軟件畫出如下的電路圖:VEE-5V9AO8BEF8TKK5VU174LS河DU64511BP_5VU974LS90D圖9仿真圖電路圖根據(jù)仿真電路的電路圖設(shè)計(jì)出如下的布線圖：**5SG1CS