二階有源低通濾波器課程設(shè)計(jì)

1、二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮長(zhǎng)沙學(xué)院模電課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目二階有源低通濾波器系（部）電子與通信工程系專業(yè)（班級(jí)）09通信姓名彭雄亮學(xué)號(hào)2009043209指導(dǎo)教師謝志宇張剛林王璐露高岳民起止日期2010年11月22日一27日二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮摘要：我課程設(shè)計(jì)的課題是二階有源低通濾波器。首先，根據(jù)老師給定的課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，選定一款集成運(yùn)算放大器，再根據(jù)技術(shù)要求選擇其它元器件，設(shè)計(jì)出外圍電路，并設(shè)計(jì)出整體電路的電路圖及其各元件的參數(shù)，同時(shí)要給出其工作原理；第二步，對(duì)設(shè)計(jì)出的電路圖進(jìn)行仿真。通過(guò)仿真軟件Multisim對(duì)所設(shè)計(jì)的

2、電路的進(jìn)行瞬態(tài)分析測(cè)試和交流掃描以及其它必要仿真，并進(jìn)行分析，確定電路設(shè)計(jì)的正確性和可行性；最后，第三步把仿真結(jié)果與理論指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)設(shè)計(jì)成果作出評(píng)價(jià).關(guān)鍵詞：濾波器、二階有源低通感量，這就必然增加電感元件的體積，重量與成本。這種矛盾在低頻時(shí)尤為突出。為了解決這一矛盾，五十年代有人提出用由電阻、電容與晶體管組成的有源網(wǎng)絡(luò)替代電感元件，由此產(chǎn)生了用有源元件和無(wú)源元件(一般是R和C)共同組成的電濾波器，稱為有源濾波器。六十年代末由分立元件組成的有源濾波器得到應(yīng)用。七十年代以來(lái)，由薄膜電容、薄膜電阻和硅集成電路運(yùn)算放大器構(gòu)成的薄膜混合集成電路提供了大量質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的小型和微型有源RCg波器。集成

3、電路技術(shù)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展給有源濾波器賦予巨大的生命力。集成電路有源濾波器不但從根本上克服了R、L、C無(wú)源濾波器在低頻時(shí)存在的體積和重量上的嚴(yán)重問(wèn)題，而且成本低、質(zhì)量可靠及寄生影響小。和無(wú)源濾波器相比，它的設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程較簡(jiǎn)便，此外還能提供增益。當(dāng)然，有源濾波器也有如下缺點(diǎn)：1 .由于有源元件固有的帶寬限制，使絕大多數(shù)有源濾波器僅限于音頻范圍(fW20KHZ)內(nèi)應(yīng)用，而無(wú)源濾波器沒(méi)有這種上界頻率限制，適用的頻率范圍可高達(dá)500MHZ2 .生產(chǎn)工藝和環(huán)境變化所造成的元件偏差對(duì)有源濾波器的影響較大。3 .有源元件要消耗功率。盡管如此，在聲頻(fW4KHZ)范圍內(nèi)有源濾波器在經(jīng)濟(jì)和性能上要比無(wú)源濾波器

4、優(yōu)越得多，因此在世界各國(guó)先進(jìn)的電話通信系統(tǒng)中得到極其廣泛的應(yīng)用。二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮目錄1緒論42實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容53設(shè)計(jì)作品名稱（或課題）：63.1 電路設(shè)計(jì)原理圖：73.2 真和性能測(cè)試與分析：84心得體會(huì)：85存在的不足及建議：96參考文獻(xiàn)：9二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮1.緒論從上世紀(jì)二十年代至六十年代，電濾波器主要由無(wú)源元件RL、C構(gòu)成，稱為無(wú)源濾波器。為了提高無(wú)源濾波器的質(zhì)量，要求所用的電感元件具有較高的品質(zhì)因數(shù)Q,但同時(shí)又要求有一定的電2實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容09級(jí)模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)系（部）：電子與通信工程系專業(yè)：09

5、通信指導(dǎo)教師：謝志宇、張剛林、王璐露、高岳民課題名稱二階有源低通濾波器設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、選題范圍：1.1 直流穩(wěn)壓電源類：串聯(lián)穩(wěn)壓、三端穩(wěn)壓等。1.2 信號(hào)源（振蕩器）類：1.3 放大器類（低頻、中頻、高頻、音頻、甲類、乙類、丙類等）：晶體管類、集成運(yùn)算類等；1.4 濾波器類（有源、無(wú)源）：高通、低通、帶通、帶阻；（對(duì)信號(hào)處理方式：調(diào)幅、調(diào)頻、鑒頻、鑒相、微分、積分、檢波等）1.5 也可通過(guò)各種模擬IC的典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)；2、設(shè)計(jì)要求：2.1 設(shè)計(jì)方法、參數(shù)、計(jì)算步驟、公式和基本原理說(shuō)明；2.2 電路必須通過(guò)multisim軟件仿真驗(yàn)證；2.3 有相關(guān)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)或波形分析說(shuō)明。設(shè)計(jì)工作量1、

6、祥見(jiàn)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)2、課程設(shè)計(jì)提交的資料：2.1 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)打印稿及電子文檔；2.2 設(shè)計(jì)電路仿真源文件；進(jìn)起止日期（或時(shí)間）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注度安排2010年12月27日一31日祥見(jiàn)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)教研室意見(jiàn)年月日系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)意見(jiàn)年月日二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮3設(shè)計(jì)作品名稱（或課題）二階有源低通濾波器3.1電路設(shè)計(jì)原理圖：在本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)一個(gè)有源低通濾波器，截止頻率fc=1kHz,通帶電壓放大倍數(shù)：Auo=2,在f=10fc時(shí)，要求幅度衰減大于30dB。圖1二階有源低通濾波器原理圖（一）有源二階低通濾波電路1.壓控電壓源二階低通濾波電路電路如圖1

7、所示。其傳輸函數(shù)為：Au(s)R1cAuoR2cl1C1C2R1R2A2uoc(1一1Auo)sR2C21cc2rr2Q為品質(zhì)因數(shù),二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù):Auo1R4R濾波器的截止角頻率:RR2C1C22fcQR1C1R2C1為了減少輸入偏置電流及其漂移對(duì)電路的影響，應(yīng)使:RiR2R3/R4將上述方程與Auo1RR3聯(lián)立求解，可得:R4Af(RiR2)為了使運(yùn)放輸入端對(duì)地電阻平衡，在求解電路參數(shù)時(shí)，還要外加一個(gè)等式R1+R2=R3/R。若在給定有源二階低通濾波器的截止頻率為fc=2kHz,電壓增益為Av=2,品質(zhì)因素為Q=0.707的情況

8、下，選擇集成運(yùn)放的型號(hào)為科A741,并取電容C=0.01F,然后將C=0.01F，Q=0.707,Av=2,Fc=2kHz已知條件代入上述求出的性能參數(shù)方程和R1+R2=R3/R4,表達(dá)式就構(gòu)成了四元三次方程組。解該方程組得電路參數(shù)為R1=5.63KQ,R2=11.25KQR3=R4=33.76KQ,C1=C=0.01曠二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮3.2仿真和性能測(cè)試與分析：在Multisim9軟件下仿真的波形圖:圖2輸入輸出信號(hào)波形幅頻特性曲線：圖3幅頻特性曲線本次試驗(yàn)要求的截止頻率fc=1kHz,在f=10fc時(shí)，要求幅度衰減大于30dB,根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)可知基本

9、上符合。二階有源低通濾波器200904320909通彳t2彭雄亮4心得體會(huì)：這次的模擬電子基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，我們完成了從設(shè)計(jì)到制作的完整過(guò)程，在這期間學(xué)到了很多關(guān)于模電理論和實(shí)踐方面的知識(shí)，受益匪淺。雖然遇到了很多困難，但我也深深的體會(huì)到了其中的樂(lè)趣，它也讓我對(duì)模電的知識(shí)有了更切身的理解。我們制作的是在書(shū)上出現(xiàn)過(guò)的，但是要通過(guò)我們所學(xué)的知識(shí)完全自行思考和設(shè)計(jì)出電路。在查找了許多有關(guān)方面的資料，以及觀察分析了許多集成運(yùn)算放大器后，我們最終設(shè)計(jì)出了自己的電路。期間我發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)的理論與實(shí)際還是有很大的區(qū)別的，于是我們通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，最后我們確定了自己的合理的原理圖，進(jìn)行了分析和元件參數(shù)的一定程度的修

10、改。之后我們又對(duì)電路圖進(jìn)行了仿真。在使用Multisim仿真的過(guò)程中，我們第一步是繪制濾波器的原理圖，接著根據(jù)計(jì)算的結(jié)果設(shè)置元件的各種參數(shù)，最后就要應(yīng)用Multisim的仿真功能觀察了電路交流掃描分析等各種仿真分析，得出了相應(yīng)的仿真圖形。通過(guò)理論與結(jié)果的比較，我們對(duì)電路元件參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的修改，最后得到了較為合理的原理圖。短暫幾天的課設(shè)，讓我深切的體會(huì)到模電這門(mén)課程的作用和意義，并且對(duì)其有了更深的理解對(duì)于我們以后的實(shí)踐有著極大的作用。另外，通過(guò)這次課設(shè)讓我們進(jìn)一步的了解到了仿真軟件的重要作用。這次課設(shè)不論是在理論知識(shí)還是在具體實(shí)踐都有了極大的提高。在以后的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)不斷的摸索，不斷實(shí)踐，更好的利用各種手段幫助我們提高，使我們更好的理解所學(xué)的知識(shí)，彌補(bǔ)實(shí)踐的不足，由理論聯(lián)系到實(shí)際，深入了解科學(xué)