二階帶通濾波電路

1、2014-2015電子電路設(shè)計(jì)課程說明書學(xué)院 實(shí)驗(yàn)學(xué)院專業(yè)電子信息工程題目 二階帶通濾波器姓名 黃玉歡學(xué)號(hào)13521230日期2015年 7月 21日指導(dǎo)教師摘要此次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)包括數(shù)電課設(shè)和模電課設(shè)兩部分，需要自己獨(dú)立地完成設(shè)計(jì)、Multisim仿真和硬件連接三個(gè)環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計(jì)：二階有源帶通濾波器，二階有源帶通濾波器采用經(jīng)典的RC有源濾波器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)又稱為巴特沃斯濾波器。電路為雙電源供電，可完成對(duì)于規(guī)定中心頻率的選擇，并保證信號(hào)在 3db帶寬內(nèi)平穩(wěn)不失真，且有良好的矩形 系數(shù)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均通過了仿真測(cè)試和硬件連接測(cè)試，基本符合課設(shè)的要求。以下是我對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本方案、設(shè)計(jì)原理、元器件

2、的選擇、優(yōu)缺點(diǎn)的比較和仿真結(jié)果的介紹。關(guān)鍵詞帶通濾波器、Multisim仿真AbstractThe course design by the digital circuit design and analog circuit design composed of , Complete independence to complete the design , Multisim simulation and the experiment three links。Analog circuit design part , second-order active bandpass filter , a

3、nd through Multisim software and oscilloscope simulation and performance testing , The output resistor , the center frequency coefficient matrix circuit conditions and performance up to requirements. Two experiments were tested by simulation and laboratory simulation tests, the basiccompliance testi

4、ng requirements. This article describes the Responder and the second-order active band-pass filter and the basic program design principles , component selection , compare the advantages and disadvantages and simulation test results , more comprehensive about the design of this course the content of

5、electronic technology.KeywordsBandpass filter 、Multisim Simulation目錄1 .概述 12 .二階有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)、仿真與性能實(shí)測(cè) 21設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 22方案比較33總體方案 41.1 總體方案介紹41.2 電路設(shè)計(jì)原理51.3 軟件仿真與測(cè)試分析81.4 硬件仿真與測(cè)試分析 111.5 問題解決與討論134 .結(jié)論135 .參考文獻(xiàn) 136 .附錄146.1 元器件明細(xì)表146.2 設(shè)計(jì)環(huán)境與設(shè)備清單146.3 附表 141 .概述本次電子課程設(shè)計(jì)分為數(shù)字電路和模擬電路兩部分。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在完成模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論

6、知識(shí)和基本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用有關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試自成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 和數(shù)字電 子技術(shù)課程設(shè)計(jì)有相同之處，可以共同提高動(dòng)手能力，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，并能 提高自己在困難面前的解決能力，在參考資料的同時(shí)，也為自己以后從事有關(guān)工 作打下了基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)是針對(duì)某一理論課程的要求，對(duì)我們進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)踐學(xué) 習(xí)環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)我們運(yùn)用課程中所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際緊密結(jié)合，獨(dú)立地解決實(shí)際問題的能力。本課程設(shè)計(jì)介紹的是二階有源濾波器的設(shè)計(jì)方法與測(cè)試技術(shù)，以電路的基本理論為基礎(chǔ)，著重介紹電路的設(shè)計(jì)，裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。2 .二階有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)、仿真與性能實(shí)測(cè)1設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

7、（一）模擬仿真的主要內(nèi)容交流分析：分析電路的頻率特性。交流分析：可以進(jìn)行幅頻特性、相頻特性分析直流分析：計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)，采用直流掃描和參數(shù)掃描。非線性電路 需要進(jìn)行多次迭代逼近。暫態(tài)分析：在給定的初始狀態(tài)和輸入激勵(lì)下計(jì)算出電路的輸出響應(yīng)。零點(diǎn)極點(diǎn)分析：計(jì)算電路中復(fù)頻域的特征點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上是電抗網(wǎng)絡(luò)中的諧振點(diǎn) 分布。還有正弦穩(wěn)態(tài)分析、噪聲分析、容差分析、失真分析、溫度特性分析等。硬件設(shè)計(jì)：方案確定后要搭建實(shí)際電路，調(diào)出要求的功能，并且測(cè)出其性能 指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)。通過實(shí)測(cè)結(jié)果確認(rèn)技術(shù)性能指標(biāo) 。課程設(shè)計(jì)要求（二）具體任務(wù)以下設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求中未標(biāo)注為基本要求的要積極動(dòng)腦進(jìn)行擴(kuò) 展。二階有源帶通濾波器

8、的設(shè)計(jì)、仿真與性能實(shí)測(cè)。測(cè)試參考表格見附錄。（D 基本內(nèi)容根據(jù)基本要求完成設(shè)計(jì)。包括電路形式、元器件參數(shù)。進(jìn)行上機(jī) 仿真得出幅頻特性、相頻特性。給出曲線和表格的數(shù)據(jù)表達(dá)方式。 寫出設(shè)計(jì)說明 書。（2）提高內(nèi)容前面提到的其他特性仿真。在實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)板上，用指定型號(hào)的 運(yùn)放器（LM358/TLC2262CP/LM741）按指定的外部引線方式搭接電路供自己調(diào)試 和實(shí)際測(cè)評(píng)。電路形式，元件參數(shù)和內(nèi)部接線方式不限（3）題測(cè)試評(píng)價(jià)內(nèi)容中心頻率fo=10KHz。 3db帶寬不小于400Hz ,以最接近1Khz為最佳。帶內(nèi)平整度小于1db矩形系數(shù)K=6度降至0.707的帶寬與0.1處帶寬之比。（注：矩形系數(shù)

9、八月是3dBt寬和40dBt寬的比值，一月取信道濾波器6dBt寬 和60dB寬之比數(shù)值越接近1,濾波器的特性越陡峭，選擇性越理想；但是過于 陡峭邊緣的響應(yīng)會(huì)使鄰道干擾產(chǎn)生一種噪聲， 一般單邊帶通信所要求的實(shí)際指標(biāo) 大約為1: 2。）(4)測(cè)試條件通帶內(nèi)電路不失真。外加測(cè)試信號(hào)源內(nèi)阻 50歐姆。電路輸出負(fù)載 10K歐姆。單電源供電12伏。對(duì)12V單電源供電和正負(fù)6V雙電源供電的設(shè)計(jì) 參數(shù)進(jìn)行比較。濾波器通常要求做到下降 40db/10倍頻程。2方案比較1.方案一：?jiǎn)坞娫粗阃V波器如圖 2.2.1正電源輸入信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)放大增益輸出Ac分析接地反饋回路圖3.2.1單電源帶通濾波器圖2.2.1單電源帶

10、通濾波器雙電源帶通濾波器如圖2.2.2正電源輸入信號(hào)帶寬調(diào)節(jié)放大增益輸出Ac分析負(fù)電源反饋回路圖2.2.2雙電源帶通濾波器2.元器件方案：741, LM358J3.仿真工具方案:Multisim12.03總體方案3.1 總體方案介紹帶通濾波器只允許在某一個(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， 注意：要將高通的下限截止頻率設(shè) 置為小于低通的上限截止頻率。反之則為帶阻濾波器。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波器中將其中一級(jí)改成高通而成。如圖3.1所示。nr;in(a)帶通濾波器原理框圖圖3.1二階帶通濾波器3.2 電路設(shè)計(jì)原理電路性能參數(shù)通帶增益中

11、心頻率工作原理：這種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。 典型的帶通濾波器 可以從二階低通濾波器中將其中一級(jí)改成高通而成。如圖 1 (a)所示。& -Rgi riTina+； 比悅C? R1 及通帶寬度選擇性 此電路的優(yōu)點(diǎn)是改變Rf和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。例.要求設(shè)計(jì)一個(gè)有源二階帶通濾波器，指標(biāo)要求為:通帶中心頻率 f0 10kHzj - in通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)：勤帶寬：1設(shè)計(jì)步驟：1）選用圖3.1圖（b）電路2）該電路的傳輸函數(shù):品質(zhì)因數(shù):AT二。50通帶的中心角頻率:=2對(duì)父5

12、0口2Q_2x10002x10 x2jtx500= 312.5x1O30通帶中心角頻率 2處的電壓放大倍數(shù): g _ 2彳=函C = c) =(呼)= 0一02好取九 期，則：= 838Q0 02>W =- -T= 15.92 X1O3Q0.02x10 X (-10) X2JTX5CQ X27TX 500x(2 xio2-10)-因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室器材有限，R1用10kQ電阻，R2用2kQ電阻。C1,C2采用0.01仙F1.LM358單電源供電如圖3.2.1圖3.2.1.1 LM324單電源供電LM324取電源供電如圖3.2.2圖3.2.1.2 LM324 雙電源供電2. 741單電源供電如圖3

13、.2.2.1圖 3.2.2.1741雙電源供電如圖3.2.2.2圖 3.2.2.2頻率為1kHz如圖3.3.1圖3.3.13.3 軟件仿真與測(cè)試分析經(jīng)過Multisim 軟件仿真，雙電源仿真結(jié)果如圖 3.3.1 :頻率為10kHz中心頻率時(shí)如圖3.3.2頻率為100kH初圖3.3.3圖3.3.3波特圖如圖3.3.4交流分析如圖3.3.5圖 3.3.4ig加am mint府皿 質(zhì)圳v聯(lián)郵 沏也：齦圖3.3.5經(jīng)過Multisim 軟件仿真，單電源仿真結(jié)果如圖頻率為1kHz圖3.3.6頻率為10kH少中心頻率時(shí)如圖3.3.7圖 3.3.6頻率為100kH初圖3.3.8圖 3.3.7波特圖圖3.3.

14、9交流分析圖3.3.102修正版交;靠分析1.0 1.62SO.0 1.0k23.&k1.0U IOjOM 1DC.0M IjOG題率(H7)圖3.3.103.4 硬件仿真與測(cè)試分析經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室仿真，結(jié)果如下：頻率為10kHz圖3.4.21.雙電源供電圖3.4.13.4.1圖 3.4.2頻率為 31.31kHz 圖3.4.3頻率為 1.178kHz 圖3.4.4圖 3.4.1圖 3.4.42.單電源供電圖3.4.5頻率為 10kHzS 3.4.6圖3.4.5圖 3.4.6頻率為119hz圖3.4.7頻率為 317.4kHz 圖3.4.8圖 3.4.7圖 3.4.83.5問題解決與討論低通

15、部分的改進(jìn)由于在仿真階段的疏忽和調(diào)節(jié)的盲目，使得地同參數(shù)出了很大問題，一直到實(shí)際電路搭接出來后還在為低通電路部分發(fā)愁。后來通過對(duì)仿真圖的調(diào)節(jié)、實(shí)際電路的分塊測(cè)試，低通濾波電路的不可行之處實(shí)實(shí)在在的擺 在我們眼前，因此重新開始從計(jì)算開始，確立參數(shù)，在上面已經(jīng)予以說明，但新 的問題又出現(xiàn)了，高頻部分波特圖出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，且轉(zhuǎn)折前后斜率不盡相同，在之前 給出的方針和實(shí)測(cè)圖中都有出來，其原因初步被判定為是兩個(gè)二階濾波電路頻率 不匹配，致使濾波通帶沒有能完全重合。4 .結(jié)論模電部分我做的二階有源帶通濾波器。從仿真開始就一路出錯(cuò)，無(wú)法滿足足 夠的衰減的系數(shù)。最終，在參考了別人的參數(shù)之后我們的仿真勉強(qiáng)過關(guān)了，而連

16、電路方面又遇到了問題。最開始連得電路，其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了功能了，但是因?yàn)閷?duì) 其波形不熟悉，所以自以為是的拆掉了重新連了一遍，換了個(gè) 方式之后，在之 后的7,8次重新連的電路里，都沒有成功，而且還燒了個(gè)芯片。在一遍遍的嘗試 之后，我們對(duì)我的電路圖提出了質(zhì)疑，在仔細(xì)的檢查之后發(fā)現(xiàn)示波器連接位置出 錯(cuò)導(dǎo)致結(jié)果一直沒有出現(xiàn)，在解決問題之后我們的結(jié)果就正確的出現(xiàn)了。5 .參考文獻(xiàn)1羅杰，謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試.第四版.電子工業(yè)出版社，20082閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，第五版，高等教育出版社，20063康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），第五版，高等教育出版社，20064鄭步生 吳渭，Multisim 2001 電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用，電子工業(yè)出 版社，20026.附錄6.1元器件明細(xì)表個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)運(yùn)算放大器10.01 電容210K電阻12K電阻15.1K電阻2