基于Lm324的低頻濾波器的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于Lm324的低頻濾波器的設(shè)計(jì)班級(jí)：電子09-2班學(xué)號(hào)：名：指導(dǎo)教師：、設(shè)計(jì)要求學(xué)生完成一個(gè)課題的理論設(shè)計(jì)，加深專業(yè)知識(shí)的理解，培養(yǎng)專業(yè)實(shí)踐技能，提高他們分析解決問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。本課程設(shè)計(jì)需要從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)調(diào)查研究，查閱資料，設(shè)計(jì)方案比較及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，得出較好的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求，還要做出符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)際電路。原則上一個(gè)學(xué)生一個(gè)課題；也可以根據(jù)教師所出題目要求，多名學(xué)生采取分工負(fù)責(zé)的辦法，共同完成一個(gè)大的課題?？己藢W(xué)生掌握計(jì)算機(jī)和EDA工具軟件的能力,課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求至少在3000字以上，必須要有至少1張A4原理圖紙。二、設(shè)計(jì)目的1、了解濾波器的工作特點(diǎn)2、掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力4、熟練計(jì)算機(jī)和EDA等工具軟件的操作三、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1、系統(tǒng)概述濾波器，顧名思義，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件?！安ā笔且粋€(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)各類(lèi)傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間'是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時(shí)間信號(hào)，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(hào)(AnalogSignal)o隨著數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(一般簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī))技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變換成離散時(shí)間信號(hào)的完整的理論和方法。濾波，本質(zhì)上是從被噪聲畸變和污染了的信號(hào)中提取原始信號(hào)所攜帶的信息的過(guò)程。在電子電路中，輸入信號(hào)的頻率有很多，其中有些頻率是需要的工作信號(hào)，有些頻率是不需要的干擾信號(hào)。如果這兩個(gè)信號(hào)在頻率上有較大的差別，就可以用濾波的方法將所需要的信號(hào)濾出。濾波電路的作用是允許模擬輸入信號(hào)中某一部分頻率的信號(hào)通過(guò)，而阻斷另一部分頻率的信號(hào)通過(guò)。LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。特點(diǎn)：?短路保護(hù)輸出?真差動(dòng)輸入級(jí)可單電源工作：3V-32V低偏置電流：最大lOOnA?每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。?具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源?行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列?輸入端具有靜電保護(hù)功能符號(hào)單誼嘶1Vcc1101130V入電VllClFF):32VVi-C.3-^32VVCC-15V(址氈'■.I■-Tdpr0—*-70IT5TG-65—電參數(shù)（除非特別說(shuō)明.Vc￡=5.0VtVEF=GNDtTA=25T：）2、單元電路設(shè)計(jì)1、運(yùn)放電路的工作原理

LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。正電源輸入負(fù)電源正電源輸入負(fù)電源圖2.1運(yùn)算放大器符號(hào)圖2.2LM324管腳連接圖由于LM324四運(yùn)放集成電路既可接單電源使用(3~30V)，也可以接雙電源使用(±1.5~±15V),不需要調(diào)零，具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。2.2有源帶通濾波器的工作原理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(guò)，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。典型的帶通濾波器可以由RC低通濾波器和RC高通濾波器串聯(lián)而成，從而實(shí)現(xiàn)了“帶通濾波”的要求。

有源帶通濾波器的具體電路如圖2.4所示。由此電路可知，電阻R1與C組成低通濾波器，后面一個(gè)電容C與電阻R2組成高通濾波器，二者串聯(lián)在一起組成帶通濾波器。除此之外，R4與Rf組成同相比例運(yùn)算電路，R3則是為改善電路特性而引入的反饋。圖2.4有源帶通濾波器電路圖圖2.5幅頻特性曲線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(guò)，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。其有較好的幅頻特性，幅頻特性曲線如圖2.5所示。3直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)很多電子設(shè)備、家用電器都需要直流電源供電，其中除了少量的低能耗、便攜式的儀器設(shè)備選用干電池供電外，絕大多數(shù)的電子設(shè)備正常工作需要直流供電,而常用的電源——市電是220V的交流電，因此需要把交流電變成直流電。變換的方法就是由交流電經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)步驟來(lái)獲得直流穩(wěn)壓電源。3.1直流穩(wěn)壓電源的工作原理直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備中最基本、最常用的儀器之一。它一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電；整流電路的作用是將交流電變換成具有直流電成分的脈動(dòng)直流電；濾波電路的作用是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，較少交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓電路的作用是對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。3.2整流電路的工作原理整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電變成脈動(dòng)直流電的電路。單相橋式全波整流電路由四個(gè)二級(jí)管組成，3.3電容濾波電路的工作原理電容濾波電路利用電容元件儲(chǔ)能的特性，將整流后輸出的脈動(dòng)直流電壓的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，然后緩慢的釋放給負(fù)載。盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。1）參數(shù)的計(jì)算a.耐壓電流I>(2_3)1廠2RLb放電時(shí)間常數(shù)范圍RC>(3-5)-L2c.輸入輸出關(guān)系U沁1.2Uo2S_U—1d波動(dòng)系數(shù)__4RlC_.o電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。2）電容濾波電路的外特性比較軟。采用電容濾波時(shí)，整流二極管中將流過(guò)較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。電容濾波后，輸出直流電壓提高了，同時(shí)輸出電壓的脈動(dòng)成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時(shí)間常數(shù)有關(guān)RLC-*,Uo=1.4U2,S=0。3）參數(shù)選擇電容放電的時(shí)間常數(shù)t=RLC愈大，放電過(guò)程愈慢，則輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)成分也愈少，即濾波效果愈好。故應(yīng)該選擇一個(gè)大一些的電容。t1穩(wěn)壓電路的輸出端接有保護(hù)二極管，如圖3.6所示。如果不接保護(hù)二極管,CW7815輸出電壓通過(guò)Rl加到CW7915的輸出端，必將CW7915燒毀。在正常工作情況下，兩個(gè)保護(hù)二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路的工作。假如，CW7915輸入電壓未接入，此時(shí)電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。2）電容濾波電路的外特性比較軟。采用電容濾波時(shí)，整流二極管中將流過(guò)較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。電容濾波后，輸出直流電壓提高了，同時(shí)輸出電壓的脈動(dòng)成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時(shí)間常數(shù)有關(guān)RLC-*,Uo=1.4U2,S=0。3）參數(shù)選擇電容放電的時(shí)間常數(shù)t=RLC愈大，放電過(guò)程愈慢，則輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)成分也愈少，即濾波效果愈好。故應(yīng)該選擇一個(gè)大一些的電容。四、結(jié)論與展望運(yùn)用AD等仿真軟件，繪制相應(yīng)的電路圖，對(duì)計(jì)算出的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。反復(fù)推導(dǎo)，使參數(shù)更加符合要求。對(duì)在本專業(yè)的應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)，可以在以后的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)課程上用它來(lái)解決很多問(wèn)題，更好的掌握AD的使用方法和技巧，對(duì)以后的學(xué)習(xí)生活有很大的幫助。而對(duì)濾波器電路的理論分析，讓我對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)，更深一個(gè)層次的掌握運(yùn)放的相關(guān)概念和使用技巧，懂得運(yùn)用運(yùn)放解決實(shí)際的問(wèn)題，感受到運(yùn)放是模擬電子的基礎(chǔ)。五、心得體會(huì)及建議這次課程設(shè)計(jì)中不僅驗(yàn)證了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程．“千里之行始于足下”，我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，這是我大學(xué)的又一個(gè)課程設(shè)計(jì)，對(duì)于我個(gè)人來(lái)說(shuō)，意義重大。在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)查找相關(guān)書(shū)籍和相關(guān)資料，我增長(zhǎng)了不少相關(guān)知識(shí)。閱讀相關(guān)書(shū)籍后，確定各種電路的模型。通過(guò)大量的演算，得出各類(lèi)元件的參數(shù)，驗(yàn)算求證通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我加強(qiáng)了自己掌握和理解書(shū)本知識(shí)的能力，培養(yǎng)了自己的實(shí)際動(dòng)手能力與綜合設(shè)計(jì)能力，并提高了自己的技術(shù)素質(zhì)。基本達(dá)到了了解模電課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，明確了運(yùn)放的基本原則，掌握了仿真設(shè)計(jì)的基本方法。加深了自己對(duì)模電這門(mén)課程的理解。希望自己在以后的學(xué)習(xí)生活中不斷加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)的能力，努力完善自己。六、參考文獻(xiàn)邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路.高等教育出版社.2006.05童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2002.05Wal