有源带阻滤波器设计报告

有源带阻滤波器设计报告内容摘要有源带阻滤波器是采用通用运放LM324及其外围电阻电容网络实现的，通过电容电阻的谐振作用来实现带阻作用，通过324芯片实现放大信号的作用。通过改变电阻电容值可调节阻带中心频率和带宽。在使用Multimism仿真时结果较理想，在实际电路中由于电阻、电容本身数值的误差以及接触不良问题，实际结果误差较大，但符合实验要求。一、设计任务采用通用运放LM324设计一个有源带阻滤波器电路。二、技术指标通带电压增益：１.０输入信号频率范围：０～１００ＫＨｚ中心频率：２ＫＨｚ阻带宽度：１.６～２.４ＫＨｚ输入信号电压：ｕｉ＜１００ｍＶ电源电压：±１２Ｖ范围内可任选三、电路工作原理带阻滤波器即不允许某一频率带范围内的信号通过，而允许其余频率的信号通过的滤波器。将低通滤波器和高通滤波器并联起来，再加上一个求和电路，并使低通滤波器的截止频率ｆH低于高通滤波器的截止频率ｆL，即可构成带阻滤波器。ｆH和ｆL之间的频带即为带阻滤波器的阻带。原理图如下图所示：四、方案选择外围电路由电阻电容网络组成，由电阻电容的谐振实现带阻作用。通过LM324芯片中的放大器实现增益作用。通过选择恰当的电阻电容值，调整中心频率和带宽，便可以实现实验的要求。五、电路设计、参数计算及元器件选择1、基本低通、高通滤波电路低通滤波器：截止频率：f=1/2π*R*C高通滤波器：截止频率：f=1/2π*R*C将两个基本电路并联即可得到带阻滤波电路。2、参数计算中心频率fo=1/2π*R*C带宽f2–f1=2(2－Kf)增益Kf=1+RF/RfQ点Q=1/2(2-Kf)R1=R2=2R3=RC1=C2=C3/2R5=RF;R4=Rf3、元器件选择由于题目中给出的带宽为0.8KHz，代入公式可求得Kf=1.81.6，即确定了RF=1.8RfRF=0.6Rf，选择较大的电阻值可使电路更稳定，因此取RF阻值为8K。由中心频率为2KHz，代入公式可得R与C的取值关系。由电路常识知道电容较小时电路运行能更稳定，所以选取较小的电容，取C=1nF，代入C的值可得R的取值约为39KΩ，取R1和R2为78KΩ。实际连接时发现不能精确实现78KΩ，考虑到实际连接电路时的方便，为减少元件个数，使用51KΩ、20KΩ、5.1KΩ电阻各一个串联成76.1KΩ的电阻，近似实现78KΩ的电阻，实际实验中发现对结果影响不大，中心频率有稍许偏差，但符合指标。由此得到元件参数，并结合实际选择元件：1nF电容两个，2.2nF电容一个，78KΩ电阻两个，39KΩ电阻一个，8KΩ电阻一个，另外再加上LM324N芯片一块，导线若干，面包板一块。六、电路原理图七、实验项目与测试方法1、选好元件后，按图连接电路，尤其注意正负电源的连接，以免烧坏芯片。由于找不到8KΩ的电阻，所以采用5.1KΩ和2KΩ、1KΩ串联近似实现8KΩ的电阻。2.2nF电容也由两个1nF电容和两个0.1nF电容并联实现。2、将信号发生器连接电路的输入端，使示波器的两个输入端分别连接电路的输入端和输出端。3、调整信号发生器，使输出峰峰值为80mV、频率为5KHz的正弦电压。4、观察示波器，看电路输出端是否为正弦信号，若不是，说明电路连接错误，检查电路至电路输出稳定的正弦波信号。5、改变输入信号频率，观察示波器的输出信号的变化特征，如果在2KHz附近有明显衰减，说明电路功能实现正确，若不是，则继续寻找错误，修正电路，直至满足要求。6、将交流毫伏表连接到电路的输出端，测量输出信号的电压有效值，改变输入信号频率为1~5KHz，观察并记录输出信号的有效值，最后由所记录数据得出电路的中心频率及其带宽。由数据得知，在实际电路中，由于电阻和电容的误差以及面包板的接触不稳定，中心频率略微偏移，达到了2.05KHz左右。带宽略大于要求带宽。1.6KHz和2.4KHz处增益衰减均大于3dB，两项指标均符合要求。八、主要仪器名称及型号函数信号发生器：AS1634数字存储示波器：TDS-2002交流毫伏表：AS2173直流稳压电源：DF1731万用表、面包板、导线九、实验数据F(KHz)54.54.03.53.02.52.42.32.2OUT2.66V2.73V2.8V2.78V2.64V2.38V1.95V0.85V0.66VF(KHz)2.12.052.01.91.81.71.61.51.0OUT320mV140mV74mV98mV280mV0.48V1.02V1.4V2.48V十、计算机仿真结果1、输入输出波形2、频谱图从图中可以看出，频谱图呈现出一个带阻的图形，中心频率为2.0KHz，3dB衰减点约为1.6KHz，2.4KHz，所以阻带在1.6KHz—2.4KHz之间，满足实验要求，且中心频率处信号有较大的衰减。另外输出波形没有失真。说明电路功能较好。十一、小结1、由于电路是在面包板上搭建的，各个管脚之间的连接难免会不稳定，因此实际输出波形有一点抖动。2、实验中，由于没有认真听讲，导致对面包板的基本特性不了解，结果把地线接错了位置，没有把地线连接到一起，造成错误而且自己检查了多遍也检查不出来错误，最后在老师的帮助下才找出了这个错误。今后应深以为戒，认真听讲，不可大意疏忽。否则会造成严重后果。3、在实际电路中得到的波形有一些相位失真，这很可能是因为各元件之间接触不好，芯片功能不够稳定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，说明这个有源带阻滤波器的设计方案还有需要改进的地方，外围电路中的电阻电容值还不够好。4、我从此次实验中收获了很多，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。经过实际的动手，才发现原来还有很多不懂的地方，通过实验，锻炼了动手能力，也加深了对书中知识的理解，认识到理论与实际之间的差距，体会到了实际动手的重要性。十二、参考文献1、傅丰林、陈建《低频电子线路——第二版》高等教育出版社2003.122、《Multimism应用教程》3谢自美《电子线路设计》华中科技大学出版社2000年7月