有源帶阻濾波器設計實驗報告

有源帶阻濾波器設計實驗報告低頻電子線路課程設計專業(yè)班級：電子信息科學與技術三班學生姓名：學號：一、題目名稱：有源帶阻濾波器設計二、內(nèi)容摘要本有源帶阻濾波器主要通過電阻電容組成的外圍網(wǎng)絡和LM324芯片來實現(xiàn)功能。通過電容電阻的諧振作用實現(xiàn)帯阻的功能，通過LM324芯片實現(xiàn)放大信號的作用。通過調(diào)節(jié)電容電阻值改變增益中心頻率和帶寬。本次實驗先由Multimism軟件仿真，再用面包板接實際電路。三、設計任務采用通用運放LM324設計一個有源帶阻濾波器電路。四、技術指標通帶電壓增益：1.0輸入信號頻率范圍：0~100KHz中心頻率：2KHz帶阻寬度:1.6~2.4KHz輸入信號電壓：ui<100mV電源電壓：±12V范圍內(nèi)可任選。五、電路工作原理帶阻濾波器即不允許某一頻率帶范圍內(nèi)的信號通過，而允許其他頻率的信號通過的濾波器。如要制作一個帶阻濾波器，只需將一個低通濾波器和一個高通濾波器并聯(lián)起來，再加上一個求和電路，并使低通濾波器的截止頻率ｆH低于高通濾波器的截止頻率ｆL，即可構成帶阻濾波器。ｆH和ｆL之間的頻帶即為帶阻濾波器的阻帶。原理圖如下列圖所示：六、方案選擇外圍電路由電阻電容網(wǎng)絡組成，由電阻電容的諧振實現(xiàn)帶阻作用。通過LM324芯片中的放大器實現(xiàn)增益作用。通過選擇恰當?shù)碾娮桦娙葜?，調(diào)整中心頻率和帶寬，便可以實現(xiàn)實驗的要求。七、電路設計、參數(shù)計算、元器件選擇1．電路設計低通濾波器：截止頻率：f=1/2π*R*C高通濾波器：截止頻率：f=1/2π*R*C將兩個根本電路并聯(lián)即可得到帶阻濾波電路。2.參數(shù)計算：〔1〕.通帶增益〔2〕.中心頻率〔3〕.帶阻寬度B＝2〔2－Aup〕f0〔4〕.選擇性〔5〕.傳輸函數(shù)〔6〕.其中，通帶電壓放大倍數(shù)：〔7〕.阻帶中心處的角頻率：〔8〕.品質(zhì)因數(shù)：將技術指標帶入上述公式，取R1=2kΩ,R2=61KΩ，R3=1KΩ,R4=0Ω，R5=2.3KΩ，C1=6.8nf,C2=6.8nf,C3=13.6nF。3.電子元件選擇：61kΩ電阻由10KΩ電阻和51KΩ電阻串聯(lián);2.3ΩK電阻由2KΩ和200Ω，100Ω電阻串聯(lián);13.6nF電容由10nf和3.3nf電容并聯(lián);6.6nf由兩個3.3nf電容并聯(lián)。共計：100歐電阻一個，200歐電阻一個，1K電阻一個，2K電阻兩個，10K電阻一個，51K電阻一個，10nf電容一個,3.3nf電容五個。此外，需要信號發(fā)生器一臺，交流毫伏表一臺，電源一臺，面包板一塊，導線假設干。八、電路原理圖仿真波特圖：由電路圖，波特圖可以看出，各項指標均符合要求。中心頻率1.991KHz，當衰減3dB時，上下限頻率分別為2.43kHz，1.633KHz,阻帶寬度，中心頻率，通頻帶電壓增益在誤差范圍內(nèi)，符合技術指標。另外，如要調(diào)整中心頻率而帶寬不變，或者調(diào)整帶寬而中心頻率不變。只需根據(jù)公式6，公式7調(diào)整R1，R2，C即可。如中心頻率不變加寬帶寬，只需使R1,R5升高,R2降低；帶寬不變，提高中心頻率，只需降低r1,r5,r2不變。九、實驗工程與測試方法1、選好元件后，按圖連接電路，尤其注意正負電源的連接，以免燒壞芯片。2、將信號發(fā)生器連接電路的輸入端，使示波器的兩個輸入端分別連接電路的輸入端和輸出端。3、調(diào)整信號發(fā)生器，輸出有效值為100mV、頻率為10KHz的正弦電壓。4、觀察示波器，看電路輸出端是否為正弦信號，假設不是，說明電路連接錯誤，檢查電路至電路輸出穩(wěn)定的正弦波信號。5、改變輸入信號頻率，觀察示波器的輸出信號的變化特征，如果在2KHz附近有明顯衰減，說明電路功能實現(xiàn)正確，假設不是，那么繼續(xù)尋找錯誤，修正電路，直至滿足要求。6、因為實際電路中沒有測量波特圖的儀器，用交流毫伏表測量輸出電壓替代。將交流毫伏表連接到電路的輸出端，測量輸出信號的電壓有效值，調(diào)整信號發(fā)生輸出信號電壓為100mV，當衰減3db時，輸出端電壓應為70mV左右，此時信號發(fā)生器上的顯示的頻率即為上下限頻率。當交流毫伏表上測得輸出電壓最小時，這時信號發(fā)生器上顯示的頻率即為中心頻率。十、實驗數(shù)據(jù)在實際電路中，由于電阻和電容的誤差以及面包板的接觸不穩(wěn)定，中心頻率略微偏移，中心頻率FO=1.91KHz，下限頻率FL=1.63kHz，上限頻率FH=2.42KHz,在誤差范圍內(nèi)根本符合技術要求。十一、主要儀器名稱及型號函數(shù)信號發(fā)生器：AS1634數(shù)字存儲示波器：TDS-2002交流毫伏表：AS2173直流穩(wěn)壓電源：DF1731面包板、導線十二、小結1.本次實驗，我學習了運算放大器LM324的使用，對它有了更深層次的理解和掌握。在自己進行實驗的過程中，在錯了好屢次的情況下，終于明白了它的正確使用方法和理論。2.在連接實物的階段，因為缺乏經(jīng)驗，對面包板并不是太熟悉，導致接線過程中，在連接電路時布線并不是太清晰，不方便糾錯，因此耽誤了實驗進程。實驗中我遇到了很多的困難，但是經(jīng)過自己耐心的檢查和向老師同學請教，最終實驗成功。通過本次實驗，我深刻的認識到理論和實踐的差異，這鍛煉了我的動手能力，也使我意識到勤動手的重要性。3.我從此次實驗中收獲了很多，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。只有經(jīng)過實際的動手，才能發(fā)現(xiàn)原來還有很多不懂的地方。通過本次實驗，我加強了動手能力，也加深了對書中知識的理解。實驗的成功要感謝老師的悉心指導和同學的提醒，這使我免除了許多不必要的錯誤。4.本次實驗的誤差主要來源是：〔1〕面包板的管腳與導線之間的連接不夠穩(wěn)定，實際值與理論值有一定的誤差，會造成數(shù)據(jù)不夠準確?！?〕沒有適宜的電阻和電容，只好通過串并聯(lián)的形式組合，其阻值容值與仿真時多有偏差，也會造成一定的誤差。〔3〕在實際的電路所得的波形有一些相位失真，這可能是由于元件之間接觸不是非常好，芯片功能不夠穩(wěn)定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，說明這個有源帶阻濾波器的方案還有需要改良的地方，外圍電路中的電阻電容值與理論存在差異，需要改良選擇的電阻和電容的