模電課程設計報告材料

1、模擬電路課程設計帶通濾波器目錄第一章方案選擇第二章框內電路設計第三章總電路圖（草圖）第四章出現(xiàn)的問題及解決措施第五章收獲與體會附：1.器件表2.總電路圖3.參考資料第一章方案選擇1.濾波器的簡介對于信號的頻率具有選擇性的電路稱為濾波電路， 它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，可分為低通濾波器（LPF），高通通濾波器（HPF，帶阻濾波器（BEF, 全通通濾波器（APF。LPF的理想步頁率特性HPFBO理想頻率特性屮LBPFB EFBPF的理理歩頁率特性BEF的理想頻率將"性上圖是四種理想濾波電路的頻率特性。本課題設計要

2、研究的是帶通濾波器， 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是帶通濾波器， 常用于載波通信或弱信號提取等場合，以提高信噪比。但是實際上，任何濾波器均不可能具備像上圖所示的幅頻特性，在通帶和 阻帶之間存在著過渡帶，因此四種濾波器的實際幅頻特性如下：2.帶通濾波器的方案設計萬案一i20lg| Au|I低通If220lg| Au|高通Ifl20lg| Au|阻通阻flf2f將一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯(lián)起來，即可組成一個帶通濾波器，如上圖。其中低通濾波器的通帶截止頻率為f2，高通濾波器的通帶頻

3、率為fl當輸入信號通過低通濾波器時，f>f2的信號被濾掉；然后，再通過高通濾波器, f<f1的信號又被濾掉。最后，只有頻率在 fl和f2之間的信號才能通過電路, 從而實現(xiàn)了“帶通濾波”的要求。Ui （全通）萬案一K1 y3 （低通）yi （高通）y2 （帶通）K2全通信號UiUi經(jīng)過低通信號y3的負反饋和帶通信號y2的正反饋，得到高通信號yiy3yiyi經(jīng)過低通濾波器后便得到帶通信號y2, y2再經(jīng)過一個低通濾波器可得到低通y3。這樣，輸出y2即為帶通，便到達了設計目標 性價比分析方案一需要注意一個問題，組成帶通濾波器時，低通濾波器的通帶截止頻率 f2必須大于高通濾波器的通帶截止頻

4、率 fi ,即兩個濾波器的通帶之間必須要有 一部分互相覆蓋，覆蓋部分的頻帶范圍即為帶通濾波器的通帶寬度。否則，如果 f2fi，則任何頻率的信號都無法通過電路，也就無法組成帶通濾波器了。方案二其內在原理基本相同，一個全通信號先減去低通，然后減去高通，剩 下的就是帶通。但方案二中引入了兩個反饋，當頻率接近通帶截頻率但小于時， 從輸出端引回的反饋信號將增強輸入信號的作用，因此，幅頻特性在接近通帶截止頻率時將得到補償而不會很快下降。 總的來說，方案二在通帶截止頻率的附近 得到較好的改善。而且加入帶通信號的正反饋，使其濾波功能更加接近切比雪夫濾波器，其在過渡帶衰減快，和理想濾波器的頻率響應曲線之間的誤差

5、最小。總之，方案二比方案一更加完善，誤差也更小，同時也考慮到實驗器材的選 取條件，因此本課題設計采用方案二。3 設計要求(1) 輸入是1V有效值的正弦波，輸出帶通波形。(2) 帶通濾波中心頻率可變，1KHz 5KHz 10KHz三種頻率用開關切換(3)帶寬BWf上一f下=f0第二章框內電路設計1低通濾波電路:積分運算電路具有低通特性，上圖是反相輸入一階低通濾波電路。 現(xiàn)在分析 其電路特性：因為，通常，在分析運算電路時均設集成運放為理想運放， 因而其兩個輸入 端的凈輸入電壓和凈輸入電流均為零， 即具有“虛短路”和“虛斷路”兩個特點。 所以，Up=Un=0經(jīng)過電阻R和電容C的電流相等。Un - U

6、iRUo - Un1SCUo(s)電路傳遞函數(shù)而1sRCUo然后S用jw代入，得到：ui1jwRC上限截止頻率fo12 RC2.絕對值電路Ui當輸入Ui為正時，經(jīng)過反相器反相，Uo' <0,而Un=0,因此二極管D1導通,D2不導通，Uo =-0.7V。Uo被兩個10K的電阻分壓，Uo = Ui ;當輸入Ui為負2 Un _Ui Uo -Un時，經(jīng)過反相器反相，Uo' >0,故D1不導通，D2導通，旦衛(wèi)二竺凹，由20k10于虛地點，Un=0,所以Uo = - 5 o2綜上所述，輸入信號Ui經(jīng)過絕對值電路后，輸出Uo都為正值，且為輸入的半，即 Uo = I1 oF面進

7、行EWB波形仿真，輸入時1V有效值的正弦波，輸出如下:U Oscilloscope' S3LI . U tl PI H s1 . 325 1 V6 6 1 .3403 nUT2VB2550.0743630.27653 1 3 909Sn snV nVT2-T155U.0748 ms -694 .8319 mV -347.4305 mVTime baseX position doo BMW BfA AfB |TriggerEdge_Level |q.00Channel A|505恤伽Y pusrtiijn I ODO也Channel BReverseSaveReduceReduceRev

8、erse第三章總電路圖（草圖）1.主體電路按照原理框圖的設計思想，具體電路布置如上。第一個運算放大器是反饋端，后面兩個運算放大器電路構成兩個低通濾波電路。輸入為Ui，y1，y2, y3分別為高通，帶通，低通輸出。所以y2是此次課題設計的帶通濾波器的輸出端。由于課題設計帶通濾波器的輸出中心頻率可變（用開關切換），即有1KHzY25KHz 10KHz三種，因此反相一階低通濾波電路的電容，電阻要適當取值。為保 證帶通濾波電路的輸出中心頻率的穩(wěn)定， 兩個低通濾波電路的電容，電阻取值相 同。我們研究的是帶通濾波電路，因此要得到電壓放大倍數(shù)，即根據(jù)理想運算放大器的虛短，虛斷特性可以得到:103103sCs

9、C% - y3io2010320 10310一3 20 1(0U _ y320 103Uiy3-y2nsCR y2y3 =y2sCRwCR 二中心頻率f012 二 RCy2(s) 1U i(s)1 sCRsc；y2 _1然后用jw代替s:（1）中心頻率Ui1 j(wCR - 為整理上式可得到電路傳遞函數(shù):從式中可以看出，當虛部為0時，即電壓放大倍數(shù)為1，得到1 wCR又w = 2二f，化簡得根據(jù)中心頻率公式fo12 RC,分別算出1KHz 5KHz 10KHz三種頻率時的電阻值,12 f0C（這里我們電容C取0.1uf）1KHz時，R仁 1.59KJ5KHz時，R2=318110KHz時，R3

10、=159 1主體電路的電阻R用R1，R2, R3和開關結合代替（如下圖）R1（2）通頻帶寬帶通濾波器的通帶寬度BW定義為電壓放大倍數(shù)下降至中心頻率電壓放大倍 數(shù)的；所包含的頻率范圍。從式中可以看出，當虛部為1時，電壓放大倍數(shù)剛好為此時,WCR-WCR聯(lián)立方程解得f1 一 . '54 二 CR取絕對值，f上=LrI，f下=咒r!（3）綜上所述，計算得到理論中心頻率和帶寬，同時實驗結果也如下表:中心頻率 f0（ KHzR(0)C(uf)f 上（Hz）f 下(Hz)帶寬BW（khz理論值11.59K0.11.620.621.005：318:：8.103.095.011015916.206.2

11、010.00實驗值1.0481.59K1.710.661.054.83188.152.95.259.5215916.795.810.99下面以1K為例，進行EWB波形仿真，分別演示中心頻率，上下限頻率時的 輸入輸出波形。a 中心頻率f0=1Kb.下限頻率f下=0.62K亙二1 Osci1! Io-5co|3ke-* SI! |c.上限頻率f上=1.62KT10.0 0 0 0S765.1214 mV-1 SB , g 636 nVT2 函 VB21.1 _ 513 1 ms151.9729 mV -1.14S9 UT2-TIXMi-WdW-VB111 .5131 rs -613.1485 rV

12、 -9 90 B 0 2 52 nV2X posHionTim* frtftLevelOOQ自E3ABE"CtMNHl AY postkxi |0M D DCOwnii B1 yowR«!¥«r»Sa*e 2.帶寬測量電路輸入1V有效值的正弦波Ui，經(jīng)過絕對值電路，并通過有極性電容和滑動變 阻器整合，使其輸出Ui在0.7V左右。如下面額波形仿真圖。_/ Oscilloscope: E3. - - . . - - . . . - . .JjJ JjTtsT2565.7691m s-T2-T156S.7S91h sWki-S20.3S73厲U-1.

13、3S4SU鯛-刪-533.9959h U541 . 08019ft U731.4074m y190 4 055mU:TnggefEdgeo屯charuhl 岀| 1帕8用S目師創(chuàng)BReduceX posrtiorib.-fLeveln.o6Y position poa¥ position 100Reverse1旺A B ErtJo Hlac o mWave然后通過調節(jié)滑動變阻器，使 Ui'輸出為0.5V。同理，帶通信號y2經(jīng)過絕 對值電路，輸出y2'。Ui'和y2 '作為電壓比較器的兩個輸入，Ui'輸入負相 端，y2'輸入正相端，電壓比

14、較器的輸出端接一個發(fā)光二極管。當帶通信號y2在通帶以內時，y2的有效值大于0.7V，經(jīng)過絕對值電路后大于0.5V，此時 y2' >Ui'，發(fā)光二極管通電。當頻率在上下限時，帶通信號y2的有效值在0.7V 左右，經(jīng)過絕對值電路后在0.5V左右。此時電壓比較器的輸出在正電壓和負電 壓之間波動，發(fā)光二極管閃爍。當頻率小于下限或大于上限時，發(fā)光二極管熄滅。 這樣，此檢測電路起到了檢測帶寬的作用。第四章出現(xiàn)的問題及解決措施1.基礎知識性問題在進行課題設計時發(fā)現(xiàn)我們需要用到大量以前的知識， 主要是模電這一塊的 濾波器及運算放大器，同時在推導計算時也用到了信號課的幅頻特性的計算。然后我

15、發(fā)現(xiàn)對濾波器這一塊的知識明顯掌握不足。 例如，模擬電路的反饋分析，濾 波電路的具體分析。在通過復習模電課本，和同學討論以及向老師請教的過程中解決了一系列的 基礎知識性問題。2.器件選擇的問題在我自己設計的電路圖中，要用到 3uf的大電容（有極性電容），但是實驗 室里沒有，只能取10uf的。由于這一器件不會影響波形的輸出，故沒有多大問 題。還有要對中心頻率可調必定要用到三個電阻1.59K"，318門和1591，前兩者咋實驗室還可以找到，但1591的電阻沒有。后來我采取了用兩個 320 '的 電阻進行并聯(lián)，即可得到161，基本符合電路的要求。在電路完成后，為了盡 可能的使誤差減小

16、，我對每個電阻進行測量，盡量挑選精確一點的電阻，以保證 整個電路的精確性。當主體電路測試完成后，我把檢測電路接入時，發(fā)現(xiàn)輸出波形變成了一條直 線。當時估計是檢波電路那里短路了， 在用眼睛初步檢查沒問題后，又用萬用表 對可能存在隱患的電路逐個測量。 檢查確認無誤后，無意間測量電阻時發(fā)現(xiàn)一個 10K1的電阻用錯了，一測只有300多，應該是在接入面包板時拿錯了。即時更 替后，輸出波形也終于出來了。3其他問題主要是波形調不出來，要么沒有，要么嚴重失真。經(jīng)過仔細檢測，大多是由 于線路接觸不好引起的，這就要我么連線的時候就要仔細，要不然檢查的時候會 很辛苦。還有就是對示波器的功能認識不夠，很多功能鍵不懂得

17、使用，在反反復 復的操作過程中，都已得到了解決。第五章收獲與體會本次課程設計至此已接近尾聲，雖然總的時間不是很長，但是整個設計過程 中我收獲頗豐。首先是實際性的收獲。由于整個設計過程中用到了很多以前電路實驗， 數(shù)字 電路和模擬電路實驗的實驗裝置， 特別是示波器和交流毫伏表。本來我對示波器 雖然有一定的了解，但是出現(xiàn)一些問題時不會調節(jié)，這次我又好好的用學習和實 踐了一回，充分的了解以前我不知道和迷迷糊糊的知識。 不僅自己操作游刃有余， 我還可以教其他同學，幫他們調出穩(wěn)定的波形以及怎樣去讀數(shù)。 同時，我也學會 看從波形的一樣中開出電路中的問題， 如若相位不對，應該是電容的問題；出現(xiàn) 失真抖動時電路本身產(chǎn)生的自激振蕩。然后是無形的收獲。整個設計過程讓我對模擬電路這門課程尤其是濾波器有 了更深的了解。在電路的設計過程中，無形中便加深了對模擬電路的了解及運用 能力，對課本及以前的知識有了一個更好的總結和理解。以前的模電實驗只是針對一個小的功能設計，二此次課程設計對我們的總體電路的設計要求更嚴格，需 要通過翻閱以前學過的知識確立實驗總體的設計方案，然后逐步細化各模塊的設 計。另外，通過此次課程設計，我對 EWB軟件有了更加深刻的了解。通過這次課程設計讓我明白了理論和實際操作之間的差距， 而且也讓我明確 地意識到自己的經(jīng)驗和能力的不足之處， 應該好好彌補下，多以后的工作也有很 好的幫助。器件