1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 (二階 RC 有源濾波器的設(shè)計(jì)目 錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1、學(xué)習(xí) RC 有源濾波器的設(shè)計(jì)方法;2、由濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算電路元件參數(shù);3、設(shè)計(jì)二階 RC 有源濾波器 (低通、高通、帶通、帶阻 ;4、掌握有源濾波器的測試方法;5、測量有源濾波器的幅頻特性。1.2 設(shè)計(jì)要求1、分別設(shè)計(jì)二階 RC 低通、高通、帶通、帶阻濾波器電路,計(jì)算電路元件參 數(shù),擬定測試方案和步驟;2、在 multisim 里仿真電路,測量并調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn);3、測量技術(shù)指標(biāo)參數(shù);4、測量有源濾波器的幅頻特性;5、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 總方案設(shè)計(jì) 1 RC網(wǎng)絡(luò)的作用在電路中

2、RC 網(wǎng)絡(luò)起著濾波的作用,濾掉不需要的信號(hào),這樣在對(duì)波形的 選取上起著至關(guān)重要的作用,通常主要由電阻和電容組成。2放大器的作用電路中運(yùn)用了同相輸入運(yùn)放,其閉環(huán)增益 RVF=1+R4/R3同相放大器 具有輸入阻抗非常高,輸出阻抗很低的特點(diǎn),廣泛用于前置放大 級(jí)。3反饋網(wǎng)絡(luò)的作用將輸出信號(hào)的一部分或全部通過牧電路印象輸入端,稱為反饋,其中的 電路稱為反饋網(wǎng)絡(luò),反饋網(wǎng)絡(luò)分為正、負(fù)反饋。濾波器在通信測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。一個(gè)理想的濾波器 應(yīng)在要求的頻(通內(nèi)具有均勻而穩(wěn)定的增益,而在通帶以外則具有無窮大的衰 減。然而實(shí)際的濾波器距此有一定的差異,為此人們采用各種函數(shù)來逼近理想 濾波器的頻率特

3、性。用運(yùn)算放大器和 RC 網(wǎng)絡(luò)組成的有源濾波器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)椴?用電感元件,所以免除了電感所固有的非線性特性、磁場屏蔽、損耗、體積和 重量過大等缺點(diǎn)。由于運(yùn)算放大器的增益和輸入電阻高,輸入電阻低,所以能 提供一定的信號(hào)增益和緩沖作用,這種濾波器的頻率范圍約為 10-3Hz106Hz,頻率穩(wěn)定度可做到(10-31010-5 /攝氏度,頻率精度為 +(35 %,并可用 簡單的級(jí)聯(lián)來得到高階濾波器且調(diào)諧也很方便。濾波器的設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選定電路形式和確定電路的元 器件。 濾波器等的技術(shù)指標(biāo)有通帶和阻帶之分, 通帶指標(biāo)有通帶的邊界頻率 (沒 有特殊的說明時(shí)一般為 -3dB 截止頻

4、率 , 通帶傳輸系數(shù)。 阻帶指標(biāo)為帶外傳輸系數(shù)的衰減速度(即帶沿的陡變。下面簡要介紹設(shè)計(jì)中的考慮原則。 1. 關(guān)于濾波器類型的選擇一階濾波器電路最簡單,但帶外傳輸系數(shù)衰減慢,一般在對(duì)帶外衰減性 要求不高的場合下選用。 無限增益多環(huán)反饋型濾波器的特性對(duì)參數(shù)變化比較敏 感,在這點(diǎn)上它不如壓控電壓源型二階濾波器。當(dāng)要求帶通濾波器的通帶較寬 時(shí),可用低通濾波器和高通濾波器合成,這比單純用帶通濾波器要好2. 級(jí)數(shù)選擇濾波器的級(jí)數(shù)主要根據(jù)對(duì)帶外衰減特殊性的要求來確定。每一階低通或 高通電路可獲得 -6dB 每倍頻程(-20dB 每十倍頻程的衰減,每二階低通或高 通電路可獲得 -12dB 每倍頻程(-40d

5、B 每十倍頻程的衰減。多級(jí)濾波器串接 時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。當(dāng)要求的帶外衰減特性為 -mdB 每倍頻程(或 mdB 每十倍頻程時(shí),則取級(jí)數(shù) n 應(yīng)滿足 n 大于等于 m/6(或 n 大于等于 m/20。3. 運(yùn)放的要求在無特殊要求的情況下,可選用通用型運(yùn)算放大器。為了滿足足夠深的 反饋以保證所需濾波特性,運(yùn)放的開環(huán)增應(yīng)在 80dB 以上。對(duì)運(yùn)放頻率特性的 要求,由其工作頻率的上限確定,設(shè)工作頻率的上限為 Fh, 則運(yùn)放的單位增益 寬帶應(yīng)滿足下式:BWG 大于等于(3-5 AefH ,式中為濾波通帶的傳輸系數(shù)。 如果濾波器的輸入信號(hào)較小,例如在 10mV 以下,則選低漂移運(yùn)放。

6、 如果濾波器工作于超低頻,以至使 RC 網(wǎng)絡(luò)中電阻元件的值超過 100k ,則應(yīng) 選低漂移高輸入阻抗的運(yùn)放。4. 元器件的選擇 第三章 設(shè)計(jì)原理與電路低通濾波器是用來通過低頻信號(hào)衰減或抑制高頻信號(hào)。 2.高通濾波器高通濾波器用來通過高頻信號(hào),衰減或抑制低頻信號(hào)。 3. 帶通濾波器帶通濾波器的作用是只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過, 而比通頻帶 下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以衰減或抑制。為二階高通濾波器的幅頻特性曲線。 4. 帶阻濾波器帶阻濾波器和帶通濾波器相反, 即在規(guī)定的頻帶內(nèi), 信號(hào)不能通過 (或受到 很大衰減或抑制 ,而在其余頻率范圍,信號(hào)則能順利通過。 由 RC 元件與運(yùn)算放

7、大器組成的濾波器稱為 RC 有源濾波器,其功能是讓一 定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過, 抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號(hào), 因受運(yùn)算放 大器帶寬限制,這類濾波器僅適用于低頻范圍,根據(jù)頻率范圍可將其分為低通、 高通、 帶通與帶阻四種濾波器, 它們的幅頻特性如下圖所示, 具有理想特性的濾 波器是很難實(shí)現(xiàn)的, 只能用實(shí)際特性去逼近理想的, 常用的逼近方法是巴特沃斯 最大啊平坦響應(yīng)和切比雪夫等波動(dòng)響應(yīng)。 在不許帶內(nèi)有波動(dòng)時(shí), 用巴特沃斯響應(yīng) 較好,如果給定帶內(nèi)所允許的紋波差,則切比雪夫響應(yīng)較好。1. 濾波器的傳輸函數(shù) 2.單元電路性能參數(shù) (1 低通濾波器 二階低通濾波器的通帶增益 截止頻率,它是二階低通濾

8、波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù), 它的大小影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。(2 高通濾波器 二階高通濾波器的通帶增益 截止頻率,它是二階高通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。 品質(zhì)因數(shù), 它的大小影響高通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。(3 帶通濾波器 通帶增益 中心頻率 通帶寬度 選擇性 (4 帶阻濾波器 通帶增益 中心頻率帶阻寬度 B =2(2-A up f 0選擇性 3.2 元件參數(shù)的計(jì)算二階低通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為Q=0.707二階高通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為Q=0.707二階帶通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為二階帶通濾波器性能參數(shù)表達(dá)式為A V =13.2 元器件選擇電阻的選擇

9、根據(jù)參數(shù)計(jì)算得的結(jié)果和市場上所出售的請(qǐng)況而選擇,見附 錄清單。電容的選擇 根據(jù)電阻的確定和規(guī)定的截止頻率而選擇,見附錄清單。 運(yùn)放的選擇 本電路選擇了八管腳的 UA741單運(yùn)放。其管腳圖如下, 3.3 工作原理濾波電路是一種能使有用頻率通過, 同時(shí)抑制無用成分的電路。 濾波電路種 類很多, 由集成運(yùn)算放大器、 電容和電阻可構(gòu)成有源濾波器。 有源濾波器不用電 感,體積小,重量輕,有一定的放大能力和帶負(fù)載能力。由于受到集成運(yùn)算放大 器特性的限制,有源濾波器主要用于低頻場合。有源濾波器有低通、高通、帶通 和阻帶等電路。低通濾波電路指低頻信號(hào)能通過而高頻信號(hào)不能夠通過的電路, 高頻濾波電路則與低頻濾波

10、電路相反, 帶通濾波電路是指某一段的信號(hào)能通過而 該頻段之外的信號(hào)不能通過的電路, 帶阻濾波器和帶通濾波器相反, 即在規(guī)定的 頻帶內(nèi),信號(hào)不能通過(或受到很大衰減或抑制 ,而在其余頻率范圍,信號(hào)則能順利通過。第四章 電路的組裝與調(diào)試MultiSim 軟件介紹Multisim 是美國國家儀器(NI 有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具, 適用于板級(jí)的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、 電路硬件描述語言輸入方式, 具有豐富的仿真分析能力。 它提供了仿真實(shí)驗(yàn)和電 路分析兩種仿真手段, 可用于模擬電路、 數(shù)字電路、 數(shù)?；旌想娐泛筒糠謴?qiáng)電電 路的仿真、分析和設(shè)計(jì)

11、。Multisim 是一種優(yōu)秀而易學(xué)的 WDA (電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 軟件, 與其他仿真 分析軟件相比, EWB 的最顯著特點(diǎn)就是提供了一個(gè)操作簡便且與實(shí)際相似的虛 擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 他幾乎能對(duì) ” 電子技術(shù) ” 課程中所有基本電路進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn), 虛擬實(shí) 驗(yàn)過程和儀器操作方法與實(shí)際相似, 但比實(shí)際方便、 省時(shí)。 他還能進(jìn)行實(shí)際無法 或不便進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容, 通過儲(chǔ)存和打印等方法可精確記錄器實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 它提供 十多種電路分析功能,能仿真電路實(shí)際工作狀態(tài)和性能。應(yīng)用 Multisim ,便于實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊練的教學(xué)模式,使“電子技術(shù)”課程的學(xué) 習(xí)變得更有趣而容易。4.1 MultiSim電路圖1. 二階低通濾波器

12、 2. 二階高通濾波器 3.二階帶通濾波器 4. 二階帶阻濾波器 4.2MultiSim 仿真分析分析結(jié)果圖1. 二階低通濾電路 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)由于是個(gè)人獨(dú)立選定課題, 所以在此過程的開始時(shí)基本上 所有人都在自己獨(dú)立思考,同時(shí)又由于設(shè)計(jì)所采用的仿真和制板軟件 Multisim 和 Altium Designer 在此之前基本不是很熟悉, 因此本次課程設(shè)計(jì)的前期多半是在摸索中前進(jìn), 當(dāng)然付出中會(huì)有收獲, 本次課程設(shè)計(jì)讓我弄懂了很多以前感覺模 糊的東西, 同時(shí)也帶給我成功的喜悅感, 增加了我的自信心, 當(dāng)我看到由我自己 設(shè)計(jì)的東西由想法變成實(shí)物時(shí), 我的心里充滿了成功的喜悅感。 回想起此次課程 設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷的種種困難, 遇到不明白的問題時(shí), 與他人討論, 請(qǐng)教老師的過 程, 所有的努力