模電課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)課程名稱：設(shè)計(jì)項(xiàng)目：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：課程實(shí)際作為課程結(jié)束對(duì)學(xué)生的一次檢測(cè)，不單單是教學(xué)上的要求，而且也是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的一次檢驗(yàn)。作為一名大學(xué)生，我們不單單學(xué)會(huì)課本上的知識(shí)，還要學(xué)會(huì)用知識(shí)來解決生活中出現(xiàn)的問題，學(xué)會(huì)如何與其他人合作，分享知識(shí)，體驗(yàn)合作的快樂。本次課設(shè)采用查表法結(jié)合軟件multisimll仿真。1電路原理及設(shè)計(jì)方案1.1濾波器的介紹濾波器是信號(hào)處理的重要單元，在現(xiàn)代電子技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。按處理信號(hào)的不同，濾波器可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器，模擬濾波器按構(gòu)成元件的不同又可分為有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器是指網(wǎng)絡(luò)由電阻、電容及有源器件〔三極管、運(yùn)算放大器等，通常是運(yùn)算放大器）構(gòu)成。因?yàn)椴挥秒姼性?，所以免除了電感所固有的非線性特性、磁場(chǎng)屏蔽、損耗、體積和重量過大等缺點(diǎn)。有源濾波器有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、易于制造等。由于運(yùn)算放大器的增益和輸入電阻高、輸出電阻低，所以能提供一定的信號(hào)增益和緩沖作用。并可用簡單的級(jí)聯(lián)得到高階濾波器，且調(diào)諧也很方便。有源濾波電路的用途很廣，主要用于小信號(hào)處理，可作為抑制干擾、噪聲、衰減無用頻率信號(hào)而突出有用頻率信號(hào)達(dá)到提高噪聲比或選頻的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮電路濾波特性和信號(hào)增益，一般選用有源濾波器，因此，研究其設(shè)計(jì)有很大的實(shí)際意義。低通濾波器是一個(gè)通過低頻信號(hào)而衰減或抑制高頻信號(hào)的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。但實(shí)際濾波器不能達(dá)到理想要求。為了尋找最佳的近似理想特性，本文主要著眼于幅頻響應(yīng)，而不考慮相頻響應(yīng)。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路的調(diào)試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)而成。對(duì)于n為偶數(shù)的高階濾波器，可以由n/2節(jié)二階濾波器級(jí)聯(lián)而成；而n為奇數(shù)的高階濾波器可以由（n-1）/2節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級(jí)聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)。1.2有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所給定的指標(biāo)要求，確定濾波器的階數(shù)n，選擇具體的電路形式，算出電路中各元件的具體數(shù)值，安裝電路和調(diào)試，使設(shè)計(jì)的濾波器滿足指標(biāo)要求，具體步驟如下：（1）根據(jù)阻帶衰減速率要求，確定濾波器的階數(shù)n。（2）選擇具體的電路形式。（3）根據(jù)電路的傳遞函數(shù)和歸一化濾波器傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式，建立起系數(shù)的方程組。（4）解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值。（5）然后用multism11.0仿真，找出最佳的配置參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1.3電路的設(shè)計(jì)要求（1）帶內(nèi)電壓變化小于0.5db。（2）-3db通帶為20KHZ。（3）要求用運(yùn)算放大器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我選擇巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是通帶到阻帶衰減較慢。選擇二階有源低通濾波器電路，即n=2。有源2階低通濾波器電路如圖1.1所示，壓控電壓源二階濾波器電路的特點(diǎn)是：運(yùn)算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出的阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)整。附上電路圖(模電課本第三版321頁)在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率f>>fc時(shí)(fc為截止頻率)，電路的每級(jí)RC電路的相移趨于-90°，兩級(jí)RC電路的移相到-180°，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容C引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號(hào)通過。巴特沃斯低通濾波器的幅頻特性為:uoA1n=1，2，3,傳輸函數(shù)為:uoA1n=1，2，3,傳輸函數(shù)為:與低通濾波器的傳輸函數(shù)的通用表達(dá)式2/?五上2A(s)-AytoJ/(S"+&+)J。,相比，得有源二階低通濾波器的性能參數(shù)表達(dá)1.4設(shè)計(jì)方案，查表如下:電路元器件值A(chǔ)v12468R1z1.4221.1260.8240.6170.521R2Z5.3992.2501.5372.0512.429R3‘開路6.7523.1483.2033.372R4‘06.7529.44416.01323.602C10.33CC2C2C2C注：電阻為參數(shù)k-1時(shí)的值，單位為k。取Av=1，根據(jù)公式（2-3），選擇R3^8，R4^0；1.5通過實(shí)驗(yàn)確定各項(xiàng)具體參數(shù)經(jīng)過計(jì)算，我們大致確定了各個(gè)參數(shù)，但由于仿真結(jié)果打不到課程設(shè)計(jì)要求由④=]=2兀fc』RRCCc得知，假如實(shí)際的截止頻率比所要求的截止頻率小，則要求把電阻或者電容減?。患偃鐚?shí)際的截止頻率比要求的大，則要求把電阻或者電容增大。由于測(cè)試的截止頻率比設(shè)計(jì)要求的低，所以要提高它的截止頻率。假定電容不變了，則電阻值R1—WcI—fcI和RI—Wc1—fct；可以判定原來的電路的電阻值過大。介于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不足，調(diào)試了好久，但是還是沒有滿足要求。后來用兩個(gè)滑動(dòng)變阻器替換兩個(gè)電阻，逐步調(diào)試，結(jié)果當(dāng)：R1=1.6K3,R2=5.4k。，R3=1。，R4=220M。，C1=4800PF,C2=1600PF,用multisim11軟件電路圖如下

仿真結(jié)果為:通過上圖可知，在輸入頻率為20khz之前，輸出的電壓值大于0.708V，即在低頻段時(shí)Q值大于0.707，衰減速率符合設(shè)計(jì)要求。在輸入頻率為20khz時(shí)，衰減因子Q為0.707左右。課程總結(jié):利用公式法設(shè)計(jì)有源二階低通濾波器，要求解多元高階方程組；若采用查表法求解電路參數(shù)，就簡單得多。因此應(yīng)盡量采用查表法求解電路參數(shù)，以減少電路運(yùn)算復(fù)雜程度。雖然可能誤差很大，但是能夠帶來很大的方便。初學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)盡量能快速找到解決問題，培養(yǎng)解決問題的能力，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。通過此次的課設(shè)，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。在論文的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。在設(shè)計(jì)電路過程中，理論知識(shí)很重要，理論知識(shí)決定了設(shè)計(jì)的方法，設(shè)計(jì)電路的成敗。所以需要查找很多資料，需要足夠的耐心、細(xì)心去研究問題，解決問題。同時(shí)還必須有實(shí)事求是地分析問題的態(tài)度，知道理論與實(shí)際是有一些差別的。認(rèn)清問題是前提，分析問題才是關(guān)鍵，只有認(rèn)真地去分析問題才能更好的解決問題，分析問題時(shí)必