二阶有源带通滤波器介绍

电子技术课程设计报告I2014-2015第二学期北京工业大学电子技术课程设计报告题目二阶有源带通滤波器专业电子信息工程学号********姓名XX指导教师XXXX电子技术课程设计报告II电源滤波器是由电容、电感和电路组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。滤波器在通信技术、测量技术、控制系统等领域有着广泛的应用。由有源器件和电阻、电容构成的滤波器称为RC有源滤波器。滤波器的分类很多，根据滤波器对信号频率选择通过的区域，可分为低通、高通、带通和带阻等四种滤波器；按使用的滤波元件不同，可分为LC滤波器、RC滤波器、RLC滤波器；有源滤波器还分为一阶、二阶和高阶滤波器，阶数越高，滤波电路幅频特性过渡带内曲线越陡，形状越接近理想。本实验设计了二阶RC有源带通滤波器，并利用Multisim12.0对实验进行仿真演示，列出了具体的分析与设计方法。EnglishabstractThepowerfilteriscomposedofcapacitor,inductorandcircuitfiltercircuit.Thefiltercanbeoutsidethepowerlinefrequencyspecificfrequencyorthefrequencyoffrequencywereeffectivelyfilter,aspecificfrequencypowersignal,orremoveaspecificfrequencypower1signals.Filterincommunicationtechnology,measurementtechnology,controlsystemsandotherfieldshaveawiderangeofapplications.AfiltercalledRCactivefilter,whichiscomposedofanactivedeviceandaresistorandacapacitor.Theclassificationofthefilter,accordingtofilterthesignalfrequencyselectionthrougharegioncanbedividedintolowpass,highpass,bandpassandbandstopandotherfourkindsoffilter;accordingtothedifferentuseofthefilterelementcanbedividedintoLCfilters,RCfilterandRLCfilter;activepowerfilterisfirstorder,secondorderandhigherorderfilter,thehigherorder,filtercircuitamplitudefrequencycharacteristictransitionzonecurveissteeper,theshapeismoreclosetotheideal.Inthisexperiment,thetwoorderRCactivebandpassfilterisdesigned,andtheMultisim12.0isusedtocarryoutthesimulationdemonstration,andthespecificanalysisanddesignmethodarelisted.电子技术课程设计报告III1．模拟电路部分设计......................................................11．1设计任务与要求................................................11．2方案比较与确定................................................21.2.1方案比较...................................................21.2.2元器件及设计图比较..........................................31.2.3方案确定.......................................................41．3整体电路设计..................................................41.3.1总体方案介绍..............................................41.3.2整体电路设计原理..........................................41.3.3软件仿真与测试分析........................................41．3.4硬件仿真与测试分析.......................................92.电子技术课程设计总结................................................10参考文献：...............................................................11附录35电子技术课程设计报告IV1.绪论数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合训练。学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，独立进行电路设计，工程估算，实验测试与调整，制作（在实验板上）电子产品和写出总结报告。通过这一电路综合性设计训练，要达到深化所学的理论知识，培养综合运用所学知识的能力，掌握一般电路的分析方法，增强独立分析与解决问题的能力。通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风，为今后从事电子电路设计和研制电子产品打下初步基础。一般方法和步骤是选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能）。画出总体电路图。本课程的实际设计选题和具体的电子系统安装调试完全放开，可以同学自带或相关导师的有关课题子项目。经过课程设计，学生将大大地扩大电子技术的知识面，极大地提高电子技术的设计能力和应用能力。电子技术课程设计报告11．模拟电路部分设计1．1设计任务与要求二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。电子线路课程设计是模拟、数字电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练。这种训练是通过学生独立完成某一个或两个课题的软、硬件设计，电路的装配、调试与测试，课题功能的实现，设计报告的撰写等任务，使学生能够综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践相结合，独立完成课程设计。要求学生学会查阅文献资料和手册，了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；熟悉计算机辅助设计的方法，对电子电路进行软、硬件设计和仿真，培养综合设计的能力；掌握常用电子仪器的使用方法和电子电路的安装与调试技能，提高学生的动手能力，综合实践能力，独立分析和解决实际问题的能力。并同时培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。具体任务：二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。*基本内容：根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。进行上机仿真得出幅频特性、相频特性。给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。*提高内容：前面提到的其它特性仿真。在指定电路板上，用指定型号的运放器(LM358/LM358/LM741)，按指定的外部引线方式搭接电路供自己调试和实际测评。电路形式，元件参数和内部接线方式不限。*测试评价内容：中心频率fo=10KHz，以最接近1KHz为最佳。3db带宽不小于400Hz带内平整度小于1db矩形系数K=幅度降至0.707的带宽与0.1处带宽之比。*测试条件：通带内电路信号不失真。外加测试信号源内阻50欧姆。电路输出负载10K欧姆。单电源供电12伏。电子技术课程设计报告21．2方案比较与确定1.2.1方案比较方案一：无源带通滤波器无源带通滤波器原理图如图2-1-1所示图1-2-1无源带通滤波器方框图方案二：压控电压源二阶带通滤波器压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图如图3-2-2所示。输入信号经低通电路、高通电路过滤后，再经放大器放大输出。图1-2-2有源二阶带通滤波器1.2.2元器件及设计图比较在模拟实验中，实验室常用的运算放大器有以下几种：LM324、LM358、LM741。下面对这其中两种放大器的特性进行比较。方案一：LM741LM741是高增益运算放大器，提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。{1}图1-2-5双电源LM741仿真图低通滤波器输入信号高通滤波器电压放大输出信号电子技术课程设计报告3方案二：LM358LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。图1-2-4双电源LM358仿真图1.2.3方案确定就实验题目要求来看，压控电压源二阶带通滤波器的衰减速率可以满足题目要求，并且比简单二阶带通滤波器在中心频率上电压放大倍数要优越，而且其硬件电路不是很复杂，有利于在实验室的试验箱上操作，故我们选择LM741压控电压源二阶带通滤波器作为最终方案。1．3整体电路设计1.3.1总体方案介绍压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图如图1-3-1所示。输入信号经低通电路、高通电路过滤后，再经放大器放大输出。图1-3-1压控电压源二阶带通滤波器电路系统框图1.3.2整体电路设计原理典型的二阶带通滤波电路及其幅频特性曲线如图1-3-2所示。电子技术课程设计报告4图1-3-2二阶带通滤波器及其幅频特性它的传递函数为（式1-1）中心角频率为：（式1-2）通带带宽为：（式1-3）其中，（式1-4）根据题目要求，分别带入算式中得出可满足题目要求的电阻及电容值。最终确定的硬件电路电阻电容值如下：Rf=RF=4.7k；C1=C2=0.01uF；R1=2.0K；R2=2.0K；R3=2.4K；负载RL应题目要求设为4.7K。1.3.3软件仿真与测试分析仿真采用multisim软件，双电源压控电压源二阶带通滤波器电路图如图1-3-3所示。仿真结果如图1-3-4，1-3-5，1-3-6，1-3-7所示。电子技术课程设计报告5图1-3-3双电源压控电压源二阶带通滤波器电路仿真当输入频率在10KHz附近时：图1-3-4电子技术课程设计报告6当输入频率远大于10KHz时：图1-3-5幅度:图1-3-6交流分析:电子技术课程设计报告7图1-3-7实物图，如下列图所示1.如图1-3-8所示为中心频率频率为10kHZ，所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3，所用示波器型号为YB4320A，示波器图像如图1-3-9所示，模拟电路实验箱电路图如图1-3-10所示图1-3-8电子技术课程设计报告8图1-3-91-3-10如图1-3-11所示Ui=11.2VU0=7.2V，fL1=2.977kHz，fH1=21.15kHz,所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3。图1-3-11电子技术课程设计报告9如图1-3-11所示Ui=11.2VU0=7.2V，L2=195.9kHz，fH2=0.24kHz,所用信号发生器型号为EE1641B1所用模拟电路实验箱型号为SAC-MS3。图1-3-12Ui=11.2VU0=7.2VfL1=2.977kHz，fH1=21.15kHzfL2=195.9kHz，fH2=0.24kHzk=fH1-fL1/fH