RC高通有源濾波器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目 RC高通有源濾波器 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)題目RC高通有源濾波器成績(jī)課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)制作一個(gè)增益可調(diào)，截止頻率WC=3000Hz的RC有源高通濾波器1. 閱讀教材第十章第八節(jié)，理解RC有源濾波器；2. 查閱有關(guān)RC有源濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案和元件數(shù)值；3. 用Multisim模擬所得濾波器的頻響特性（運(yùn)放選用NE5532）；4. 由于實(shí)驗(yàn)室只能提供特定的的元件數(shù)值，按照能獲得的元件數(shù)值對(duì)電路進(jìn)行修正和模擬，獲得最符合要求的電路元件參數(shù)。5. 按獲得的電路及元件參數(shù)，用面包板焊接好濾波器，連接信號(hào)發(fā)生器、示波器，測(cè)試電路的頻響。6. 分

2、析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果的差異及其原因及可能的改進(jìn)方法。7. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)建議：從學(xué)生的工作態(tài)度、工作量、設(shè)計(jì)（論文）的創(chuàng)造性、學(xué)術(shù)性、實(shí)用性及書(shū)面表達(dá)能力等方面給出評(píng)價(jià)簽名： 200 年 月 日設(shè)計(jì)類(lèi)型：信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一. 課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)制作一個(gè)增益可調(diào)，截止頻率=3000Hz的RC有源高通濾波器要求如下：1. 閱讀教材第十章第八節(jié)，理解RC有源濾波器；2. 查閱有關(guān)RC有源濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案和元件數(shù)值；3. 用Multisim模擬所得濾波器的頻響特性（運(yùn)放選用NE5532）；4. 由于實(shí)驗(yàn)室只能提供特定的的元件數(shù)值，按照能獲得的元件數(shù)值對(duì)電路

3、進(jìn)行修正和模擬，獲得最符合要求的電路元件參數(shù)。5. 按獲得的電路及元件參數(shù)，用面包板焊接好濾波器，連接信號(hào)發(fā)生器、示波器，測(cè)試電路的頻響。6. 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果的差異及其原因及可能的改進(jìn)方法。7. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二. 課程設(shè)計(jì)目的：1. 理解RC有源濾波器，學(xué)習(xí)RC有源濾波器的設(shè)計(jì)方法，由濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算電路元件參數(shù)。2. 掌握應(yīng)用Multisim軟件；3. 掌握常用元器件的識(shí)別和測(cè)試，測(cè)量有源濾波器的幅頻特性；4. 熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；5. 體會(huì)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高實(shí)踐能力

4、，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)，畢業(yè)后的工作打下基礎(chǔ)。二. 課程設(shè)計(jì)環(huán)境：Multisim介紹Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的軟件，目前在電路分析、仿真與設(shè)計(jì)等應(yīng)用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設(shè)計(jì)電路中的虛擬儀表，使電路的仿真分析操作更符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣。下面主要針對(duì)Multisim11.0軟件中基本的仿真與分析方法做簡(jiǎn)單介紹。EDA就是“Electronic

5、 Design Automation”的縮寫(xiě)技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。功能：1. 直觀的圖形界面2. 豐富的元器件3. 強(qiáng)大的仿真能力4. 豐富的測(cè)試儀器5. 完備的分析手段6. 獨(dú)特的射頻(RF)模塊7. 強(qiáng)大的MC

6、U模塊四. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 方案比較及工作原理：方案一：壓控電壓源二階高通濾波器壓控電壓源二階有源高通濾波器電路原理如圖1所示，運(yùn)算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源。其優(yōu)點(diǎn)是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。圖1.壓控電壓源二階高通濾波器其傳輸函數(shù)為：通帶放大倍數(shù)：令R1=R2=R，C1=C2=C，截止頻率：品質(zhì)因數(shù)：方案二：無(wú)限增益多路負(fù)反饋二階高通濾波器無(wú)限增益多路負(fù)反饋二階高通濾波器如圖2所示，運(yùn)算放大器為反相接法，由于放大器的開(kāi)環(huán)增益無(wú)限大，反相輸入端可視為虛地，輸出端通過(guò)電容和電阻形成兩條反饋支路。其優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓與輸入電壓的相位相反，元

7、件較少，但增益調(diào)節(jié)不方便。圖2.無(wú)限增益多路負(fù)反饋二階高通濾波器該電路的傳輸函數(shù)為：通帶放大倍數(shù)：截止頻率：品質(zhì)因數(shù)：方案選擇：壓控電壓源二階高通濾波器的增益容易調(diào)節(jié)，而無(wú)限增益多路負(fù)反饋二階高通濾波器盡管元件較少，但增益調(diào)節(jié)不變，根據(jù)題目要求，我們選擇方案一。另外，我們?cè)诜桨敢坏幕A(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了三階、四階、差分形式的高通有源濾波器，實(shí)現(xiàn)性能提高。2. 設(shè)計(jì)分析圖3.原理圖RC高通有源濾波器的截止頻率WC=3000Hz，根據(jù)截止頻率公式根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的元器件，令C=10nF，計(jì)算得到R=5305.16，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的電阻，令R=5.3k，此時(shí)得到的截止頻率大約為假定R1=Rf=20k，可以通過(guò)

8、調(diào)節(jié)R1和Rf的值，來(lái)調(diào)節(jié)增益，此時(shí)其通帶放大倍數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：傳輸函數(shù)： 3. 模擬仿真Multisim仿真電路圖如圖4所示。圖4.Multisim仿真二階高通有源濾波器波特圖示儀XBP1顯示波形如圖5所示，幅度增益在小于3000Hz時(shí)逐漸減小，在大于3000Hz時(shí)，幅度增益基本保持不變。圖5.二階RC高通有源濾波器的幅頻特性4. 實(shí)物制作由于在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到實(shí)際電阻電容參數(shù)的值，直接制作即可，其中R=2k+3.3k=5.3k，R使用2k電阻和3k電阻串聯(lián)而成。焊接實(shí)物圖如圖6所示。 圖6.焊接實(shí)物圖5. 元器件清單元件名稱規(guī)格及用途數(shù)量NJM5532DD雙運(yùn)放、直插DIP-81電容10nF

9、2電阻20k2電阻2k2電阻3.3k3萬(wàn)用板5*7cm 線路板、洞洞板16. 測(cè)試電路焊接好后，需要函數(shù)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表各一個(gè)，一個(gè)能產(chǎn)生+12V，-12V的直流穩(wěn)壓并聯(lián)接地電源，函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生0至10KHz，幅值為1V的信號(hào)。直流穩(wěn)壓電源的+5V接5532DD JRC的8引腳，-12V接4引腳。示波器CH1連接電路的輸入端，CH2連接電路的輸出端。調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的頻率從1變化至10KHz，觀察輸入輸出信號(hào)波形幅值變化，當(dāng)輸入頻率小于3KHz時(shí)，輸出信號(hào)的增益快速衰減，當(dāng)輸入頻率大于3KHz時(shí)，輸出信號(hào)的幅度基本保持不變，與仿真相符合。注意：在打開(kāi)電源之前，應(yīng)現(xiàn)用萬(wàn)用表檢測(cè)引線及各個(gè)電阻，

10、確保沒(méi)有短路和斷路，且不能帶電操作。 圖7.測(cè)試連接圖8.1KHz時(shí)的波形圖9.1.7 KHz時(shí)的波形圖10.3KHz時(shí)的波形圖11 10KHz時(shí)的波形7. 誤差分析(1) 電阻的標(biāo)稱值與真實(shí)值之間存在誤差，(2) 在選取電阻時(shí)，實(shí)際電阻與理論計(jì)算電阻不太相符，導(dǎo)致誤差 (3) 測(cè)量?jī)x器的誤差，主要是示波器的量化誤差 (4) 系統(tǒng)誤差，主要是測(cè)量?jī)x器內(nèi)阻的影響，導(dǎo)致儀器的讀數(shù)值與電路的真實(shí)值之間存在誤差。 (5) 電源電壓輸出值與真實(shí)值之間存在誤差 (6) 示波器及函數(shù)信號(hào)發(fā)生器抗干擾能力差，產(chǎn)生誤差8. 優(yōu)化措施(1) 我們可以通過(guò)采用電阻、電容串并聯(lián)的方式逼近理想?yún)?shù)，減小誤差。(2) 提

11、高濾波器的階數(shù)，使增益在阻帶衰減加快(3) 采用巴特沃斯特性、切比雪夫特性及貝塞爾特性的濾波器改善性能(4) 差分輸入輸出的濾波器三階高通有源濾波器的仿真電路圖如圖12所示，幅頻特性如圖13所示。圖12.三階高通有源濾波器仿真電路圖圖13.三階RC高通有源濾波器的幅頻特性四階高通有源濾波器的仿真電路圖如圖14所示，幅頻特性如圖15所示。圖14.四階高通有源濾波器仿真電路圖圖15.四階RC高通有源濾波器的幅頻特性通過(guò)對(duì)二階、三階及四階濾波器的頻率響應(yīng)分析，階數(shù)越高，增益在阻帶衰減的越快，濾波器的性能越好，但是濾波器的階數(shù)越高，所用的元器件越多，成本越高，在性能要求不高時(shí)，盡量選擇適合的濾波器五階

12、巴特沃斯高通濾波器仿真電路圖如圖16所示，幅頻特性如圖17所示圖16.巴特沃斯高通濾波器仿真電路圖圖17.巴特沃斯高通濾波器的幅頻特性差分高通有源濾波器仿真電路圖如圖18所示，幅頻特性如圖19所示圖18.差分高通有源濾波器仿真電路圖圖19.差分高通有源濾波器的幅頻特性五. 心得體會(huì)：通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我更加深刻了解課本知識(shí)，和以往對(duì)知識(shí)的疏忽得以補(bǔ)充，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到一些模糊的公式和專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)，比如說(shuō)經(jīng)濟(jì)刮板運(yùn)輸機(jī)及皮帶運(yùn)輸?shù)倪x擇，在選擇選擇刮板皮帶運(yùn)輸選型時(shí),在使用手冊(cè)時(shí)，有的數(shù)據(jù)很難查出，但是這些問(wèn)題經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，都一一得以解決，我相信這本書(shū)中還有很多我為搞清楚的問(wèn)題，但是這次的課程設(shè)計(jì)給

13、我相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)知識(shí)，為我以后工作打下了嚴(yán)實(shí)的基礎(chǔ)。雖然這次課程是那么短暫的2周時(shí)間，我感覺(jué)到這些天我的所學(xué)勝過(guò)我這一學(xué)期所學(xué)，這次任務(wù)原則上是設(shè)計(jì)，其實(shí)就是一次大的作業(yè)，是讓我對(duì)課本知識(shí)的鞏固和對(duì)基本公式的熟悉和應(yīng)用，計(jì)算力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)及預(yù)選電動(dòng)機(jī)過(guò)程中的那些繁瑣的數(shù)據(jù)，使我做事的耐心和仔細(xì)程度得以提高。課程設(shè)計(jì)是培訓(xùn)學(xué)生運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)所學(xué)的理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)分析解決實(shí)際問(wèn)題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)三年所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固。同樣，也促使了同學(xué)們的相互探討，相互學(xué)習(xí)。因此，我們必須認(rèn)真、謹(jǐn)慎、踏實(shí)、一步一步的完成設(shè)計(jì)。如果時(shí)間可以重來(lái)，我可能會(huì)認(rèn)真的去學(xué)習(xí)和研究，也可能會(huì)自己獨(dú)立的完成一個(gè)項(xiàng)目，我相信無(wú)論是誰(shuí)看到自己做出的成果時(shí)心里一定會(huì)很興奮。此次設(shè)計(jì)讓我明白了一個(gè)很深刻的道理：團(tuán)隊(duì)精神固然很重要，擔(dān)人往往還是要靠自己的努力，自