1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書   學(xué)生姓名:羅再兵學(xué) 號： 0906044151學(xué) 院: 電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院專 業(yè):電子科學(xué)與技術(shù)題 目:信號放大濾波電路設(shè)計(jì)   指導(dǎo)教師：孟令軍 職稱: 副教授      2011 年 12 月 30日目錄1、 設(shè)計(jì)任務(wù)···················&#

2、183;························22、 設(shè)計(jì)目的························

3、····················23、 設(shè)計(jì)方案····························

4、3;···············24、 參考電路設(shè)計(jì)與分析································

5、83;·3 4.1、同相比例放大器·································3 4.2、二階壓控電壓源低通濾波器··········&#

6、183;············3 4.3、二階壓控電壓源高通濾波器·······················45、 信號放大濾波電路·········&#

7、183;··························5 5.1信號放大濾波電路設(shè)計(jì)·····················

8、;········5 5.2信號放大濾波電路仿真·····························6 5.3信號放大濾波電路性能評估·······

9、83;·················8 5.4信號放大濾波電路PCB板圖·························86、 設(shè)計(jì)儀器設(shè)備···

10、;·····································97、 設(shè)計(jì)心得···········

11、83;································9一. 設(shè)計(jì)任務(wù) 1、查閱熟悉相關(guān)芯片資料； 2、選擇合適的運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)信號的3級放大；總放大倍數(shù)為12； 3、并通過高通、低通濾波電路濾波； 4、利用PROTEL繪制電路原理圖和印刷板圖，并利用multi

12、sim軟件仿真。二. 設(shè)計(jì)目的1、 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程。2、 學(xué)習(xí)使用PROTEL軟件繪制電路原理圖和印刷版圖。3、 掌握應(yīng)用multisim對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。3 設(shè)計(jì)方案 由設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)要求可知，設(shè)計(jì)此電路需要用到集成運(yùn)算放大器和高 低通濾波電路，首先信號放大12倍，我們選用同相比例放大器放大，該電路結(jié)構(gòu)簡單，性能良好；濾波電路部分我們選用典型的二階壓控電壓源低通濾波器和二階壓控電壓源高通濾波器，該電路具有電路元件少，增益穩(wěn)定，頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)框架圖如下：二階壓控電壓源低通濾波器同相比例放大器 信號輸入 信號輸出二階壓控電壓源高通濾

13、波器 圖1 信號放大濾波電路設(shè)計(jì)方案圖1為信號放大濾波電路設(shè)計(jì)方案。在這一方案中，系統(tǒng)主要由同相比例放大器、二階壓控電壓源低通濾波器、二階壓控電壓源高通濾波器組成。由于要求實(shí)現(xiàn)信號的3級放大，總放大倍數(shù)為12，信號經(jīng)過同相比例放大器后放大12倍，再經(jīng)過二階壓控電壓源低通濾波器（在通頻帶內(nèi)增益等于1）過濾掉高頻信號而留下所需頻率信號，然后再經(jīng)二階高通濾波器（在通頻帶內(nèi)增益等于1）后就可以得到我們所需頻段的信號。4 參考電路設(shè)計(jì)1、 同相比例放大器 同相輸入比例運(yùn)算電路如圖2所示。該電路是一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋電 路。要求兩輸入回路參數(shù)對稱，即，/，。 其放大倍數(shù)為:/ 圖2 同相比例放大器2、 二階

14、壓控電壓源低通濾波器 1）、電路分析 二階壓控低通濾波器電路如圖3所示。該電路具有元件少，增益穩(wěn)定，頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。電路中C1、C2、R1、R2構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器形式，在通頻帶內(nèi)電壓增益等于1。 圖3 二階壓控電壓源低通濾波器 2）、電路傳遞函數(shù)和特性分析 二階低通濾波器的傳遞函數(shù)由式（1-1）決定 (1-1)式中，Aup為同帶增益，表示濾波器在通頻帶內(nèi)的放大能力，圖3 所示濾波器Aup=1；w0為截止角頻率，表示濾波器的通帶與阻帶的分界頻率；Q為品質(zhì)因數(shù)，是一個選擇因子，其值的大小由幅頻特性曲線決定。若取R1=R2=R，則電路的Q和w0的值由式（1-2）和式（1-3）決

15、定： (1-2) (1-3) 3）、電路元件參數(shù)的設(shè)定 根據(jù)低通濾波電路的截止頻率f0，先確定R的值，然后根據(jù)式（1-2）和式（1-3）求出C1和C2為 (1-4) (1-5)3、 二階壓控電壓源高通通濾波器 1）、電路分析 二階壓控高通濾波器電路如圖4所示。從電路圖看，高通濾波器與低通濾波器電路形式相似，只是兩者電阻與電容位置互換。因此該電路的分析方法與涉及步驟與低通濾波電路基本相同。電路中C1、C2、R1、R2構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器形式，其閉環(huán)增益等于1。 圖4 二階壓控高通濾波器 2）、電路傳遞函數(shù)和特性分析 二階高通濾波器的傳遞函數(shù)由式（1-6）決定 （1-6）若取C1

16、=C2=C時，則電路的Q和w0的值由式（1-7）和式（1-8）決定： (1-7) (1-8) 3）、電路元件參數(shù)的設(shè)定 根據(jù)高通濾波電路的截止頻率f0，先確定C的值，選擇Q值。在根據(jù)所要求的特征角頻率，然后根據(jù)式（1-7）和式（1-8）求出R1和R2為： (1-9) (1-10)5 信號放大濾波電路 1、信號放大濾波電路設(shè)計(jì) 1）、該電路選用通用運(yùn)算放大器LM741，經(jīng)同相比例放大器、二階壓控電壓源低通濾波器、二階壓控電壓源高通濾波器三種電路級聯(lián)得到。 2）、電路元件參數(shù)的設(shè)定（通頻帶為10HZ200HZ； ） 同相比例放大器取,/ 可得； 由，得。 二階壓控電壓源低通濾波器取截止頻率為，由式

17、(1-4)和式（1-5）可得，。 二階壓控電壓源高通濾波器取截止頻率為，由式(1-4)和式（1-5）可得，。 3）、信號放大濾波電路電路圖如圖5所示 圖5 信號放大濾波電路 2、信號放大濾波電路的仿真 在輸入端加入正弦電壓信號，通過改變輸入信號的頻率與幅值來測量電路的傳輸特性。測量電路圖如圖6所示： 圖6 信號放大濾波仿真電路 取，改變輸入信號的頻率，測得相應(yīng)頻率時的輸出電壓，即改變一次信號頻率，測量一次值，測量值記入表1中： 表1 幅頻特性測試數(shù)據(jù)51030601202004005.9985.9985.99866665.9985.9985.9975.9765.6464.2441.4561.4

18、554.2425.965.9745.6464.2441.456 在通頻帶內(nèi)取，改變輸入信號的幅值，測得相應(yīng)幅值對應(yīng)時時的輸出電壓，即改變一次輸入信號的幅值，測量一次值，測量值記入表2中： 表2 信號放大特性測試數(shù)據(jù)0.10.40.711.51.24.88.411.99714.2421.1954.7818.36611.94913.9431.1954.7798.36311.94513.3453、信號放大濾波電路性能評估由表1測試數(shù)據(jù)可知，在通頻帶（10HZ200HZ）內(nèi)，如時電壓放大倍數(shù)5.974/0.5=11.948，與要求的12倍相符合；當(dāng)取截止頻率時Q=4.242/6=0.7067，時Q=4

19、.244/6=0.7067，都與設(shè)計(jì)時所取的Q=1/=0.7071值相符合；當(dāng)在通頻帶外時，如取時信號經(jīng)低通高通濾波器后有6V下降到1.455，表明信號被嚴(yán)重過濾，也與設(shè)計(jì)要求相符合。即該電路頻率特性與設(shè)計(jì)要求相符合。由表2測試數(shù)據(jù)可知，該電路輸入的放大信號為小信號時性能十分優(yōu)良，當(dāng)輸入信號變大時，放大性能開始下將，即測試范圍有限，范圍約為<=1V。我們知道運(yùn)放的放大與外接直流電源有關(guān)，放大后的信號不可能超過外接電壓，LM741的外接電壓為3V22V（測試取18V）。經(jīng)分析信號放大性能也與滿足設(shè)計(jì)要求。因此該電路滿足設(shè)計(jì)要求（放大12倍，通頻帶為10HZ200HZ）。4、 信號放大濾波電

20、路PCB板圖 該電路PCB板圖如圖7所示： 圖7 信號放大濾波電路PCB板圖6 設(shè)計(jì)儀器設(shè)備 1、LM741CH芯片（3片） 2、電阻 5K（2只）、9.167K（1只）、10K（1只）、11.254K（1只）、 22.508K（1只）、110K（1只） 3、電感 112.5nF（1只）、225nF（1只）、1uF（2只） 7 設(shè)計(jì)心得 通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題的能力，讓我們熟悉了電路設(shè)計(jì)的一般流程及方法。掌握了許多電路設(shè)計(jì)軟件和仿真軟件的運(yùn)用，為今后學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的問題，特別是裝軟件和軟件使用遇到了很大困難，不過經(jīng)過努力最后都克服了。在做課程設(shè)計(jì)的同時也鞏固了相關(guān)課本知識，在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實(shí)踐讓我們對各個元件映象深刻。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試