带通滤波器系统仿真及设计

信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2013/2014学年第二学期）题目：带通滤波器系统仿真及设计专业班级：通信工程学生姓名：学号：指导教师：设计周数：2周2014年7月11日电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院1目录1设计目的与要求………………………………………………………21.1设计目的……………………………………………………21.2设计要求……………………………………………………22振荡器设计……………………………………………………………22.1振荡器的组成………………………………………………22.2振荡器的参数计算…………………………………………22.3仿真原理图…………………………………………………32.4仿真结果……………………………………………………33带通滤波器设计………………………………………………………43.1滤波器原理…………………………………………………43.2方框图………………………………………………………43.3带通滤波器参数……………………………………………53.4仿真原理图…………………………………………………53.5仿真结果……………………………………………………64系统整体………………………………………………………………74.1仿真原理图…………………………………………………74.2仿真结果……………………………………………………75实际结果……………………………………………………………106实践心得……………………………………………………………117参考文献……………………………………………………………11电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院2带通滤波器系统仿真及设计1设计目的与要求1.1设计目的（1）学习电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器的设计原理；.（2）由电源、振荡器、滤波器设计指标计算电路元件参数；（3）设计电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器；（4）熟练掌握焊接技术及multisim软件的应用；（5）测量有源滤波器的幅频特性。1.2设计要求（1）设计一个线性电源，根据整流、滤波、稳压原理设计正负5V直流电源；（2）根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器，该振荡器频率可调，能满足该滤波系统的所要求的频率范围和幅度，在此基础上设计带通滤波器（中心频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz；通带内增益Ap=1~5）；（3）设计方法：采用各种电子器件构成带通滤波器电路。（4）画出有源滤波器的幅频特性曲线图；（5）写出设计报告。2振荡器的设计2.1振荡器的组成（1）正反馈环节:由RC串、并联电路构成，同时起相位起振作用和选频作用。同步调整串并联RC谐振电路中的两个电阻，或者同步调整两个电容，可以调整振荡频率，本电路采用的是固定电容值，同时改变两个电阻来进行振荡频率的调节。（2）负反馈环节:由、、及二极管等元件构成，其中、、主要作用是引入负反馈。（3）稳幅环节：稳幅环节是利用两个反向并联二极管、，正向电阻的非线性特性来实现的，二极管要求采用温度稳定性好且特性匹配的硅管，以保证输出正、负半周波形对称；的作用是削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。2.2振荡器的参数计算（1）中心频率：（2）振荡范围：795.4Hz~150.6kHz（3）环路增益：电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院3（4）起振条件：即2.3仿真原理图2.4仿真结果（1）起震时的（2）稳定时的图2-1文氏桥正弦波振荡器电路图图2-2文氏桥振荡器起振图像电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院43滤波器设计3.1滤波器原理滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。有源滤波器是由集成运放、电阻R、电容C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频率限制，这种滤波器主要用于低频范围。3.2方框图各部分电路的作用：（1）RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，图3-1RC有源滤波器方框图电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院5这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。（2）放大器的作用电路中运用了反相输入运放，同时进行信号的放大。（3）反馈网络的作用将输出信号反馈到前级端口，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。3.3带通滤波器参数对于电路的设计中，首先确立带通滤波器的放大倍数为2，中心频率为2kHz，因此，品质因数为20，电容值C为10nF，因此根据如下公式得电路中相应电阻值与通带宽带。（1）的取值（2）的取值（3）的取值（4）通带宽度本电路的优点是品质因素高，选择性好，通带宽度小，但同时也导致了电路的稳定性差。计算的通带宽度为96.46Hz，上限截止频率2048.23Hz下限截止频率1951.77Hz。3.4仿真原理图、、、、、、组成RC网络，其中、、组成二阶反馈网络，UA741CD为集成运放放大器。3.5仿真结果（1）电路交流分析图3-2带通滤波器电路电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院6（2）信号波形分析4系统整体4.1仿真原理图图3-4带通滤波器信号波形分析电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院74.2仿真结果（1）当，频率为2.65kHz。（2）当，频率为2.27kHz。图4-2滑动变阻器为电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院8（3）当，频率为1.99kHz。（4）当，频率为1.77kHz。图4-4滑动变阻器电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院9（5）当，频率为1.59kHz。5实际结果图4-6滑动变阻器图5-1滑动变阻器电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院106实践心得通过为期两周的实践课的学习，我们深刻的感受到了理论与实践相结合。从上网查资料、学习multisim软件应用、电路的设计以及调试，到实际中焊接电路板、示波器的调试都需要我们小组成员齐心协力团结合作。不仅提高了我们的自学能力和团结协作能力，而且让我们在实践中体会到了实际动手能力的快感。图5-2滑动变阻器图5-3滑动变阻器图5-4滑动变阻器图5-5滑动变阻器电子电路仿真三级项目信息与电气工程学院11在我们看来，课程设计是实验的一个升华，它是对我们掌握的课本知识进行的一个总的考察和提升，比理论更具有锻炼意义，是真正的让我们将课本的理论知识运用于实践的过程，让我们不仅仅是死学知识，更要学会灵活的运用它们。不过虽然是学过的东西，要真正做起来，也并没那么简单。了解带通滤波器与振荡器的特性之后，结合题目要求，我们一遍一遍的调试，最后得到最理想的结果，设计出了我们所要求的振荡器、滤波器。整个两周的课程设计下来，我们最大的体会就是齐心协力的重要性。无论是在查资料时，还是在相互讨论时，都体现了团队精神的意义，我们一起相互交流，相互合作，不懂的问题相互讨论，最后把都不会的汇总起来一起问老师，整个过程相当融洽自然，工作相当顺利。7参考文献[1]郑君里.信号与系统[J]高等教育出版社，2011[2]谢嘉奎.电子线路非线性部分[J]高等教育出版社，2000[3]宋家友,张友汉.新编电子线路设计实用手册[J]福建科学技术出版社，2007评语成绩指导教师（签字）年月日