基于Lm324的低頻濾波器的設(shè)計

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計報告基于Lm324的低頻濾波器的設(shè)計班級：電子09-2班學(xué)號：名：指導(dǎo)教師：、設(shè)計要求學(xué)生完成一個課題的理論設(shè)計，加深專業(yè)知識的理解，培養(yǎng)專業(yè)實踐技能，提高他們分析解決問題和解決問題的能力。本課程設(shè)計需要從實際出發(fā)，通過調(diào)查研究，查閱資料，設(shè)計方案比較及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)，得出較好的設(shè)計方案，設(shè)計時要綜合考慮實用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求，還要做出符合設(shè)計要求的實際電路。原則上一個學(xué)生一個課題；也可以根據(jù)教師所出題目要求，多名學(xué)生采取分工負(fù)責(zé)的辦法，共同完成一個大的課題?？己藢W(xué)生掌握計算機(jī)和EDA工具軟件的能力,課程設(shè)計說明書要求至少在3000字以上，必須要有至少1張A4原理圖紙。二、設(shè)計目的1、了解濾波器的工作特點2、掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計方法3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實踐的能力4、熟練計算機(jī)和EDA等工具軟件的操作三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1、系統(tǒng)概述濾波器，顧名思義，是對波進(jìn)行過濾的器件?！安ā笔且粋€非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時間函數(shù)，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間'是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時間信號，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(AnalogSignal)o隨著數(shù)字式電子計算機(jī)(一般簡稱計算機(jī))技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機(jī)對信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。濾波，本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號中提取原始信號所攜帶的信息的過程。在電子電路中，輸入信號的頻率有很多，其中有些頻率是需要的工作信號，有些頻率是不需要的干擾信號。如果這兩個信號在頻率上有較大的差別，就可以用濾波的方法將所需要的信號濾出。濾波電路的作用是允許模擬輸入信號中某一部分頻率的信號通過，而阻斷另一部分頻率的信號通過。LM324系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。特點：?短路保護(hù)輸出?真差動輸入級可單電源工作：3V-32V低偏置電流：最大lOOnA?每封裝含四個運(yùn)算放大器。?具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?共模范圍擴(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)功能符號單誼嘶1Vcc1101130V入電VllClFF):32VVi-C.3-^32VVCC-15V(址氈'■.I■-Tdpr0—*-70IT5TG-65—電參數(shù)（除非特別說明.Vc￡=5.0VtVEF=GNDtTA=25T：）2、單元電路設(shè)計1、運(yùn)放電路的工作原理

LM324系列器件帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”“-”為兩個信號輸入端，“V+”“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。正電源輸入負(fù)電源正電源輸入負(fù)電源圖2.1運(yùn)算放大器符號圖2.2LM324管腳連接圖由于LM324四運(yùn)放集成電路既可接單電源使用(3~30V)，也可以接雙電源使用(±1.5~±15V),不需要調(diào)零，具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。2.2有源帶通濾波器的工作原理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。典型的帶通濾波器可以由RC低通濾波器和RC高通濾波器串聯(lián)而成，從而實現(xiàn)了“帶通濾波”的要求。

有源帶通濾波器的具體電路如圖2.4所示。由此電路可知，電阻R1與C組成低通濾波器，后面一個電容C與電阻R2組成高通濾波器，二者串聯(lián)在一起組成帶通濾波器。除此之外，R4與Rf組成同相比例運(yùn)算電路，R3則是為改善電路特性而引入的反饋。圖2.4有源帶通濾波器電路圖圖2.5幅頻特性曲線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。其有較好的幅頻特性，幅頻特性曲線如圖2.5所示。3直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計很多電子設(shè)備、家用電器都需要直流電源供電，其中除了少量的低能耗、便攜式的儀器設(shè)備選用干電池供電外，絕大多數(shù)的電子設(shè)備正常工作需要直流供電,而常用的電源——市電是220V的交流電，因此需要把交流電變成直流電。變換的方法就是由交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個步驟來獲得直流穩(wěn)壓電源。3.1直流穩(wěn)壓電源的工作原理直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備中最基本、最常用的儀器之一。它一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電；整流電路的作用是將交流電變換成具有直流電成分的脈動直流電；濾波電路的作用是將脈動直流中的交流成分濾除，較少交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓電路的作用是對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。3.2整流電路的工作原理整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電變成脈動直流電的電路。單相橋式全波整流電路由四個二級管組成，3.3電容濾波電路的工作原理電容濾波電路利用電容元件儲能的特性，將整流后輸出的脈動直流電壓的能量儲存起來，然后緩慢的釋放給負(fù)載。盡可能地將單向脈動電壓中的脈動成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。1）參數(shù)的計算a.耐壓電流I>(2_3)1廠2RLb放電時間常數(shù)范圍RC>(3-5)-L2c.輸入輸出關(guān)系U沁1.2Uo2S_U—1d波動系數(shù)__4RlC_.o電容濾波電路的優(yōu)點1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。2）電容濾波電路的外特性比較軟。采用電容濾波時，整流二極管中將流過較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。電容濾波后，輸出直流電壓提高了，同時輸出電壓的脈動成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時間常數(shù)有關(guān)RLC-*,Uo=1.4U2,S=0。3）參數(shù)選擇電容放電的時間常數(shù)t=RLC愈大，放電過程愈慢，則輸出電壓愈高，同時脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。故應(yīng)該選擇一個大一些的電容。t1穩(wěn)壓電路的輸出端接有保護(hù)二極管，如圖3.6所示。如果不接保護(hù)二極管,CW7815輸出電壓通過Rl加到CW7915的輸出端，必將CW7915燒毀。在正常工作情況下，兩個保護(hù)二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路的工作。假如，CW7915輸入電壓未接入，此時電容濾波電路的優(yōu)點1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。2）電容濾波電路的外特性比較軟。采用電容濾波時，整流二極管中將流過較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。電容濾波后，輸出直流電壓提高了，同時輸出電壓的脈動成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時間常數(shù)有關(guān)RLC-*,Uo=1.4U2,S=0。3）參數(shù)選擇電容放電的時間常數(shù)t=RLC愈大，放電過程愈慢，則輸出電壓愈高，同時脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。故應(yīng)該選擇一個大一些的電容。四、結(jié)論與展望運(yùn)用AD等仿真軟件，繪制相應(yīng)的電路圖，對計算出的參數(shù)進(jìn)行驗證。反復(fù)推導(dǎo)，使參數(shù)更加符合要求。對在本專業(yè)的應(yīng)用有了新的認(rèn)識，可以在以后的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)課程上用它來解決很多問題，更好的掌握AD的使用方法和技巧，對以后的學(xué)習(xí)生活有很大的幫助。而對濾波器電路的理論分析，讓我對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)知識進(jìn)行了復(fù)習(xí)，更深一個層次的掌握運(yùn)放的相關(guān)概念和使用技巧，懂得運(yùn)用運(yùn)放解決實際的問題，感受到運(yùn)放是模擬電子的基礎(chǔ)。五、心得體會及建議這次課程設(shè)計中不僅驗證了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程．“千里之行始于足下”，我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)課程設(shè)計，這是我大學(xué)的又一個課程設(shè)計，對于我個人來說，意義重大。在這次課程設(shè)計中，通過查找相關(guān)書籍和相關(guān)資料，我增長了不少相關(guān)知識。閱讀相關(guān)書籍后，確定各種電路的模型。通過大量的演算，得出各類元件的參數(shù)，驗算求證通過這次課程設(shè)計，我加強(qiáng)了自己掌握和理解書本知識的能力，培養(yǎng)了自己的實際動手能力與綜合設(shè)計能力，并提高了自己的技術(shù)素質(zhì)?；具_(dá)到了了解模電課程設(shè)計的任務(wù)，明確了運(yùn)放的基本原則，掌握了仿真設(shè)計的基本方法。加深了自己對模電這門課程的理解。希望自己在以后的學(xué)習(xí)生活中不斷加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)的能力，努力完善自己。六、參考文獻(xiàn)邱關(guān)源，羅先覺.電路.高等教育出版社.2006.05童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2002.05Wal