東華大學帶通濾波器論文

1、目錄摘要.1第1章 設計任務和指標要求.21.1設計任務.21.2設計指標.21.3設計要求 .2第2章 總體方案.32.1原理框圖.32.2簡要原理.3第3章 方案的設計.43.1帶通濾波器主體電路.43.2帶寬檢測電路.5第4章 Multisim仿真.74.1Multisim仿真電路圖.74.2波形記錄.7第5章 組裝與調試.115.1組裝過程.115.2調試過程.115.3問題及措施.125.4數據記錄.13第6章 實驗小結.146.1電路改進.146.2實驗收獲與體會.14附錄電路總圖.15儀器元件列表.16 參考文獻.17摘 要對于信號的頻率具有選擇性的電路稱為濾波電路，它

2、的功能是使特定頻率范圍內的信號通過，而阻止其他頻率信號通過。通常，按照濾波電路的工作頻帶為其命名，分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、和全通濾波器（APF）。設低頻段的截止頻率為fp1，高頻段的截止頻率為fp2，頻率為fp1到fp2之間的信號能夠通過，低于fp1和高于fp2的信號被衰減的濾波電路稱為帶通濾波器。允許通過的頻段稱為通帶，將信號衰減到零的頻段稱為阻帶。在帶通濾波器的實際設計過程中，主要參數包括中心頻率f0、頻帶寬度BW、上限截止頻率fH和下限截止頻率fL。本實驗中，利用模擬電子技術知識，可采用集成運算放大器，根據設計指標確定上

3、下限頻率和中心頻率，設計符合一定要求的帶通濾波器。配合Multisim 計算機軟件定量仿真出濾波電路的波形和相位關系，再進行成品調試組裝驗證，得到基本符合設計指標的帶通濾波器，并用線性檢波電路和發(fā)光二級管比較顯示電路顯示頻率。為簡化調試過程，運放電源采用直流穩(wěn)壓電源。參考信號由函數信號發(fā)生器提供。1第1章 設計任務和指標要求1.1設計任務帶通濾波器的設計方案有很多，本實驗將采用高通濾波器和低通濾波器級聯的設計方案實現一個帶通濾波器，通過多級反饋，減少干擾信號對濾波器的影響。為了檢測濾波電路的通帶特性，設計一個檢測電路，通過發(fā)光二極管的亮滅檢測電路的中心頻率和帶寬范圍。1.2設計指標1

4、、輸入信號：有效值為 1V的電壓信號；2、輸出信號中心頻率 f0 通過開關切換，分別為1kHz、5kHz和10kHz，誤差10%；3、帶通濾波器帶寬 BW =(fH - fL)，在增益符合要求的情況下帶寬盡可能窄； 4、用 LED 發(fā)光二極管顯示上、下限截止頻率。1.3設計要求1、 根據電路性能指標要求設計完成電路原理圖，計算元件參數，寫出理論推導 過程，并分析各單元電路的工作原理； 2、 利用 EWB 軟件進行仿真調試，包括仿真電路、各個輸出測量點波形記錄及定 量標定，濾波電路的頻率特性記錄及定量標定；3、記錄實驗結果和調試心得，判斷誤差原因，完成實驗結果分析。第2章 總體方案2.1方案框圖

5、帶通濾波器的電路原理框圖如下圖所示，由兩部分組成。一是主電路部分即帶通濾波器點路，實現信號的濾波，由高通濾波器、低通濾波器、反饋通路組成；二是貸款檢測電路，檢測所設計的濾波器的頻帶寬度，驗證濾波器參數設計的準確性，由線性檢波濾波電路和比較顯示電路組成。2.2簡要原理1、 主體電路第3章 方案的設計3.1帶通濾波器主體電路 該電路通過三個集成運算放大器分別對輸入信號一次實現高通、帶通和低通，再將高通濾波輸出波形和低通濾波輸出波形反饋到最初的集成運算放大器處。如下圖，由于所要設計的帶通濾波器中心頻率可調，因此，需對電路中的電阻進行合理選擇。1、單元電路的設計 2、公式推算與參數的計算： 在R與2R

6、已定情況下，根據“虛短”和“虛斷”的原則，可得到一下方程組: 聯立上述方程，可得計算可知上、下線截止頻率的理論值以及所需的電阻和電容參數取值：C1=C2=0.01uF 1）當中心頻率f0=10kHz時，R1=R2=1.5k，上下限頻率fH=17.07kHz、fL=2.93kHz 2）當中心頻率f0=5kHz時，R1=R2=3k，上下限頻率fH=8.535kHz、fL =1.465kHz3）當中心頻率f0=1kHz時，R1=R2=15k，上下限頻率fH=1.707kHz、fL=293Hz4）當中心頻率f0=500Hz時，R1=R2=33k，上下限頻率fH=853.5Hz、fL=146.5Hz 3

7、.2帶寬檢測電路帶寬檢測電路主要由檢波電路和比較器（運算放大器實現）組成。三角檢波器的輸出是全波，兩個波形大小與三角形的電阻選擇有關，經過濾波轉換成直流電壓，如下圖所示，可變電阻器主要用于系數調節(jié)。帶通濾波輸出信號u2´和外部輸入信號ui´分別經過兩套相同的檢波電路后與得到的直流信號進行比較，并將比較結果用發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)顯示，如下圖所示。當帶通濾波器主電路輸入信號的頻率為帶通濾波器的上、下限頻率時，比較器的兩個輸入信號大小相同，發(fā)光二極管處于亮滅之間；當信號頻率處于上、下限頻率之間時，發(fā)光二極管熄滅；反之，二極管點亮，通過上述檢測過程，即可判斷是否達到頻率的上下限fH

8、、fL，進而得出所設計帶通濾波器的帶寬BW=fH-fL。1、 單元電路的設計 2、 公式推算與參數的計算： 帶寬BW=fH-fL第4章 Multisim仿真4.1Multisim仿真電路圖4.2波形記錄1、主體電路：2、開關閉和：3、開關斷開：4、 信號波形圖1）2）第5章 組裝與調試5.1組裝過程 選擇需要的元件，按照Multisim仿真電路在面包板上連接電路，安裝過程中要特別仔細，注意導線不宜太長或者太短，不宜彎曲，注意高、低電平以及GND的連接方法，每完成一個部分的連接后檢查電路是否可以正常工作，然后調試。5.2調試過程Ui連接函數信號發(fā)生器，信號發(fā)生器調至2Vpp的正弦信號，將 Ui、

9、 U2接到示波器上面，改變電路中兩個開關，調節(jié)函數發(fā)生器頻率，觀察發(fā)光二極管的亮滅得出波形。5.3問題及措施 在測試波形時發(fā)現兩條波形的相位差太小，誤差比較大，經過多次檢查電路，發(fā)現多接了一個二極管，接地有誤，重新修改電路之后波形恢復正常，問題得到及時的解決。5.4數據記錄R1/R21.5k3k15k33k理論值下限頻率/fL2.93kHz1.465kHz293Hz146.5Hz中心頻率/f010kHz5kHz1kHz500Hz上限頻率/fH17.07kHz8.535kHz1.707kHz853.5Hz帶寬/BW14.14kHz7.07kHz1.414kHz0.707kHz測量值下限頻率/fL

10、6.43kHz3.46kHz676Hz306.4Hz中心頻率/f010.15kHz5.27kHz1.05kHz484Hz上限頻率/fH15.88kHz8.37kHz1.65kHz745Hz帶寬/BW9.45kHz4.91kHz0.974kHz0.4386kHz第6章 實驗小結6.1電路改進 電路連接的過程之中發(fā)現了很多可以改進的地方。接地、接高電平、接低電平、接電路、接儀器的導線應當有明顯的顏色區(qū)別以便于之后對于電路的檢查工作；電路還可以簡化，可以先手繪化簡過的電路圖以提高電路連接的精確度；還要盡可能減小誤差。6.2實驗收獲與體會 通過此次電路課程設計，我不僅再一次鞏固了對Multisim這種

11、電路模擬軟件的使用，同時也體會到了軟件帶來的無限樂趣。雖然在設計過程中，我們做的只是在已有電路原理圖基礎上，按照自己的計算得出我們所需要的數據，并不是真正意義的設計，但不斷的失敗與嘗試更讓我明白了努力付出的價值所在。與此同時，在模擬電路的過程中，我學會了面包板的使用，懂得了布線的技巧，課程設計讓我真正體會到課本知識與實際生活的聯系，也明白了濾波器的原理。此次課程設計，著實讓我成長了不少，收獲頗多，為以后的實踐打下了堅實的基礎，在以后的學習中我會更加努力，竭力做的更好，更要學以致用！附錄電路總圖儀器元件列表 器件名稱型號數量集成運算放大器3534LED發(fā)光二極管 1二極管4開關2電阻33k2電阻15k2電阻3k2電阻1.5k2電阻20k4電阻9.1k6電阻1