有源低通濾波器報(bào)告.doc

1、電氣工程學(xué)院電子測量課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：有源低通濾波器學(xué) 號： 10291094姓 名：楊黎同組人：楊從鵬指導(dǎo)教師：關(guān)宇老師設(shè)計(jì)時間：2012年11月設(shè)計(jì)地點(diǎn)：電氣學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心電子測量課程設(shè)計(jì)成績評定表姓 名楊黎學(xué)號10291094課程設(shè)計(jì)題目：有源低通濾波器課程設(shè)計(jì)答辯或提問記錄：成績評定依據(jù)：課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告及方案設(shè)計(jì)情況（30%）:課程設(shè)計(jì)考勤情況（15%）:課程設(shè)計(jì)調(diào)試情況（30%）:課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告與答辯情況（25%）:最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字:電子測量課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 楊黎指導(dǎo)教師:關(guān)宇一、課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一個有源低通濾波器二、課程設(shè)計(jì)要求

2、要求截止頻率為20k赫茲元器件運(yùn)算放大器LM324二片；9012三極管；9013三極管；電阻若干；電容若干；考核標(biāo)準(zhǔn)預(yù)習(xí)方案報(bào)告；獨(dú)立設(shè)計(jì)；獨(dú)立調(diào)試；驗(yàn)收； 設(shè)計(jì)報(bào)告；（含PCB圖、原理圖）.、進(jìn)度安排1 .時間安排序號內(nèi) 容學(xué)時安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設(shè)計(jì)12完成電路仿真，寫預(yù)習(xí)報(bào)告13電路調(diào)試24寫設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告與答辯1合計(jì)5設(shè)計(jì)調(diào)試地點(diǎn)：電氣樓 4102.執(zhí)行要求課程設(shè)計(jì)共5個選題，每組不得超過2人，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下， 獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的 詳細(xì)電路（包括計(jì)算和器件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè)計(jì)報(bào)告雷同。目錄第一章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第二章仿真第三章電路調(diào)試第四章結(jié)論第五章心得體會與建議4第一

3、章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1、有源低通濾波電路基本概念濾波電路的作用就是允許某段頻率范圍內(nèi)的信號通過， 而阻止或 削弱其他頻率范圍的信號。有源濾波電路由電阻、電容和集成運(yùn)算放 大器組成，又稱為有源濾波器。有源濾波器能夠在濾波的同時還能對 信號起放大作用，這是無源濾波無法做到的。根據(jù)濾波電路通過或者 阻止信號頻率范圍不同，可將濾波電路分為低通、高通、帶通河帶阻 電路。2、有源低通濾波電路的組成和實(shí)驗(yàn)原理一階有源低通濾波電路是一個一級 RC低通電路的輸出端再加上 一個電壓跟隨器，使之與負(fù)載很好的隔離開來。由于電壓跟隨器的輸 入阻抗很高，輸出阻抗很低，因此，其帶負(fù)載的能力得到了加強(qiáng)。若要求此電路不僅有濾波功能，

4、并且可以起到電壓放大作用，則只需要i有源低通濾波一階電路圖通帶電壓增益 A等于同相比例放大電路的電壓增益Avf=1+B,R2根據(jù)R。氐通電路的分析結(jié)果得到Vis),特征角頻率Vi(s)1 sRCRC分母為一次哥故此電路稱為一階有源低通濾波電路按照理論系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)為A(jc) =1A,這里的/就是IL-3dB的截止角頻率。從圖像看出，一階濾波器的濾波效果不好，它的衰減率只是-20dB/十倍頻程，若要求響應(yīng)曲線-40或-60/dB十倍頻程，則需要采取二階 或三階濾波電路二階有源低通濾波電路由兩個 RC環(huán)節(jié)和同相比例放大電路構(gòu)成，電 路如圖所示2有源低通濾波二階電路圖AVF=1+RfRi其通帶電壓

5、放大倍數(shù)即為同相比例放大電路的放大倍數(shù):4初+ s + ar其傳遞函數(shù):Q °其中：Wo=1/RC截止角頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。Q=W為品質(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。不同Q值的有源低通濾波電路的幅頻特性曲線通過分析可知：當(dāng)信號頻率大于截止頻率時信號的衰減率只有20dB/十倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號也受到衰減。二階有源低通 濾波電路衰減可以達(dá)到40dB/倍頻。而且在截止頻率附近，有用信號 可以得到一定提升。如果Q=0.707時，濾波器的幅頻特性最為平坦； 如果Q >0.707時，幅頻特性將出現(xiàn)峰值。3、有源低通濾波器的

6、運(yùn)放課程設(shè)計(jì)用的放大器是LM324,LM324是四運(yùn)放集成電路，它采 用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完 全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。13第二章仿真、電路的PCB圖C3InF* * R10nF OPAHPR9 OPAMP繪制原理圖及PCB制版采用的環(huán)境是p r o t e 19 9 S E1 .原理圖2.電氣規(guī)則校驗(yàn)（ERC交驗(yàn)）experiment.ddb PCB1.PCB Sheetl S；ch Sheetl XLS Slhee11,NET Sheetl.ERCError Report For : Sheet1,Sch 5'Dbc

7、-201217:55:2BEnd Report3.元件清單原件封裝均采用常用的封裝方式。兩個運(yùn)放分別使用DIP 8,無極電容的封裝采用RAD0.2,電阻的封裝采用AXIAL0.4。ABcD1Designator Footprintr 21nFC3RAD0.231nFC4RADO.241nFC2RAD0.251nFClRADON66.1kR2AXIALO 4r 76.1kR1AX1AL0 486.1kR3AXIAL0 4r 96.1kR4AX1AL0 41010kR6MAL041120kR7AXIAL0 41224.7kR8AXJAL04r 1362kR5AXIALO 414OPAMPRIODI

8、P815OPAMPR9DIPS1fi171819202122234.網(wǎng)絡(luò)表C1 RAD0.2 1nFC2 RAD0.2 1nFC3 RAD0.2 1nFC4 RAD0.2 1nFR1 AXIAL0.4 6.1kR2 AXIAL0.4 6.1kR3 AXIAL0.4 6.1kR4 AXIAL0.4 6.1kR5 AXIAL0.4 62kR6 AXIAL0.4 10kR7 AXIAL0.4 20kR8 AXIAL0.4 24.7kR9 DIP8 OPAMPR10 DIP8 OPAMP(GND C1-1)(NetC1_2 C1-2 R1-1 R9-2) (NetC2_2 C2-2 R3-2 R6-2

9、 R9-3)(NetC3_1 C3-1 R8-1 R10-3)(NetC4_2 C4-2 R4-1 R10-2)(NetR2_1 C2-1 R1-2 R2-1)(NetR2_2 R2-2)(NetR3_1 C3-2 R3-1 R4-2)(NetR5_2 R5-2 R6-1 R9-1)(NetR7_2 R7-2 R8-2 R10-1)(VCC C4-1 R5-1R7-1 R9-5 R10-4 R10-5)(VSS R9-4)二、電路的仿真圖我們做的是最常用的有源低通濾電路巴特沃斯四階低通有源濾波器，基本就是把2個二階有源低通濾波器進(jìn)行串聯(lián)， 以增大濾波段 的頻率，減少濾波時間。根據(jù)要求：R =

10、截止為20KHZ,我們選取的電子元件的參2 二 feC數(shù)為：電阻 R=8k。，電容 Ci =C2 = C =1nf；根據(jù)巴特沃斯低通、高通電路階數(shù) n與增益G的關(guān)系表：階數(shù)n2468增益一階1.5861.1521.0681.038二階2.2351.5861.337三階2.4831.889四階2.10可知，AVF1 =1.152 , AVF2 =2.235 ,因此，總增益 AVF =1.152 父 2.235 = 2.575現(xiàn)在選取R7=62k, R5=20k,則根據(jù)已知增益可求出：R8= (1.152-1) *R5=9.42kR6= (2.235-1) *R9=24.7kMultisim仿真結(jié)

11、果如圖所示;可見該濾波器的通帶寬度約為 26KHz ,與預(yù)期的20KHz有較大差距 由電阻計(jì)算公式可知，當(dāng)電阻增大時，開始衰減頻率會減小，于是將 電阻由8K變?yōu)?0K,得到比較理想的比特圖。第三章電路調(diào)試1、首次使用仿真中的數(shù)據(jù)進(jìn)行電路調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所用10K電阻所得的截止頻率小，由此公式R = 可得應(yīng)將電阻適當(dāng)減小。2 二 feC在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路搭好面包板進(jìn)行測試時發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn) 要求的正弦波，經(jīng)查線后發(fā)現(xiàn)電阻與運(yùn)算放大器的接口接錯。 改正后， 重新調(diào)試，發(fā)現(xiàn)輸出波形有很大的失真，發(fā)生削波情況比較嚴(yán)重，于 是又重新調(diào)試電路，在確定電路連接沒有問題后，考慮是第一次的錯 接導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)芯片損壞，

12、故更換芯片后波形出失真情況消失。2、按仿真結(jié)果接好的電路發(fā)現(xiàn)輸出正弦波在高頻時會出現(xiàn)幅值衰減 的情況，但截止頻率與實(shí)驗(yàn)要求相差較遠(yuǎn)，因此考慮根據(jù)實(shí)際情況調(diào) 整電阻的值，并保持電容的值不變。分別嘗試5.1k、8k等電阻，逐步確定截止頻率最靠近實(shí)驗(yàn)要求 20KHz勺電阻值，最后選定的實(shí)際電 阻值為6.1k,電容值為1nF。24.7k的電阻使用2個51k的電阻并聯(lián) 生成，9.42k的電阻使用10k的電阻近似。作為補(bǔ)償，調(diào)整10k電阻 為6.1k的電阻。第四章結(jié)論最終所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及曲線圖頻率 峰峰值/KHZ /V1.6346.862.996.865.036.8610.076.8614.046.7415.036.6216.096.3417.026.0418.025.7619.075.320.044.821.044.2622.13.823.123.3424.012.9625.22.4632.731.08從理論值計(jì)算得到，幅值衰減3dB大約是信號幅值的0.707倍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，此低頻濾波電路的截止頻率大約是20.04KHZ。第五章心得體會與建議通過本次電子測量的課程設(shè)計(jì)，更加深入的明白了有源低通濾波 器的概念，原來學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)，對于低通、高通、帶通、帶阻濾 波器的都是僅限于書面上的東西， 通過這次動手實(shí)際操作，制作出有 源低通濾波器，十分有成就感，也加