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1、测控电路课程设计 题目名称 ：有源滤波器设计 学生学院 ：信息工程学院 专业班级 ： 学 号 ： 学生姓名 ： 指导教师 ： 2011年12月29日 摘 要滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通形式的滤波器。有源滤波器，一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。本次课
2、程设计要求采用压控电压源二阶带通滤波器。关键词：滤波器、压控电压源、二阶带通、正弦波产生电路目录前言.4一 、设计任务与方案论证5 1课程设计（论文）的 内容52课程设计（论文）的要求与数据 53. 课程设计（论文）应完成的工作 54. 应收集的资料及主要参考文献5 5. 方案论证6 1 正弦波产生电路6 2 滤波器的选择6二、设计原理与分析.6 11.5kHz的正弦波产生电路原理分析.62带通滤波器设计方案10 1.压控电压源二阶带通滤波器10 2无限增益多路负反馈有源二阶带通滤波器11 3方案对比 12三、相关参数的计算.12 1正弦波产生电路的相关参数的计算122二阶带通滤波器电路中各元
3、件的参数的计算123. Multisim仿真144.用Matlab画出二阶带通滤波器的幅频和相频曲线以及nyquist图16四、电子线路设计与制作.181. 使用protel画出电路的原理图.182. 电路板的焊接203电路的调试20五、设计总结.20六、元件汇总.22七、参考文献.22前言随着科技和生产的发展，以模拟电子技术为基础的测控电路发展迅猛，广泛运用于各种检测控制系统。为培养学生的动手能力，更好地将测控电路理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的设计和理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。信号的产生、分离是测量系统中信号处理常用的且十分重要的方
4、法。在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到振荡器产生各种或高或低的频率满足需求，还需滤波器来传送输入信号中有用的频率成分，抑制或衰减无用的频率成分。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通形式的滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的元件，焊接出具体的实物，并在实验室对事物进行调试，观察效果是否与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。设计目的与意义本课程
5、设计在完成专业基础课程学习的基础上，让学生熟悉怎样运用电子技术来解决测量与控制中的实际问题，掌握工业生产和科学研究中测量电路的设计和各个功能模块的相互联系及总体连接，学生经过实践要求初步具备测量电路设计、焊接组装和调试的能力。测控电路课程设计是测控电路课程体系的一个重要环节，是按照控电路设计与实践教学大纲要求所进行的重要实践教学内容，是引导学生把基础理论与实际应用相结合的一个必不可少的中间环节。通过本设计，要求学生利用所学的基础理论，从设计步骤、设计表达、实际电路调试等方面，全面掌握相关有源滤波器设计显示电路的设计与调试技术，培养学生综合运用所学知识进行工程设计的能力，包括动手能力，独立思考能
6、力，以及分析和解决工程实际问题等能力。一、设计任务与方案论证 1.课程设计（论文）的内容1、设计内容：（1）正弦波产生电路中文氏桥振荡工作原理分析； （2）分析正弦波产生电路中W2的作用；（3）计算二阶带通滤波器电路中各元件的参数；（4）用Matlab画出你所设计的二阶带通滤波器的幅频和相频曲线；2、使用Protel绘出电路原理图，布PCB板，建议使用热转印或者曝光方法制作电路板，根据系统原理图所设计的元件及参数，购买相应元器件，完成焊接、调试。 2.课程设计（论文）的要求与数据1、完成一个正弦波发生器和有源滤波器电路的分析与制作；2、讨论、分析与总结、提交设计报告。 3.课程设计（论文）应完
7、成的工作1、电路原理图设计；2、电路工作原理分析；3、电路参数计算与分析；4、电路制作、调试； 5、撰写设计报告； 4.应收集的资料及主要参考文献1. 张国雄等编。测控电路，机械工业出版社，2001.8.2. 赵负图主编，现代传感器集成电路，人民邮电出版社，2000.1.3. 刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1.4. 蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7.5. 自编，测控电路设计型实验任务书. 5方案论证1 正弦波产生电路正弦波产生电路分为RC正弦波产生电路与LC正弦波产生电路两类。RC正弦波振荡电路由R、C元件组成选频网络，一般用来产生1H
8、z1MHz范围内低频信号；LC正弦波振荡电路由L、C元件组成选频网络，一般用来产生1MHz以上的高频信号。本次课程设计中要求产生1kHz的正弦波振荡电路，故采用RC正弦波振荡电路。从结构上看，正弦波振荡电路是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。振荡电路的振荡频率f0是由电路的相位平衡条件决定的，且只在一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f0。这就要求在电路环路中包含一个具有选频特性的网络，简称选频网络。欲使振荡电路自行建立振荡，需要满足|AF|1的条件，在接通电源后，振荡电路就有可能自行起振，或者说能够自激，最后趋于稳态平衡。RC正弦波振荡电路有桥式振荡电路，双T网络式和移相式振
9、荡电路等类型，本次课程设计要求采用文式电桥振荡电路。2 滤波器的选择根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种。有源滤波器，一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。本次课程设计要求采用压控电压源二阶带通滤波器。二、设计原理
10、分析11.5kHz的正弦波产生电路原理分析。 1.1文氏桥振荡电路原理图：文氏电桥原理图文氏桥振荡电路原理分析：文氏桥振荡器又叫RC桥式正弦波振荡器。它的特征是以集成运放为中心，以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入深度电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压。以正反馈量作为放大电路的净输入量，使电路满足相位平衡条件。电桥由Z1、Z2组成，同时兼作正反馈网络，称为RC串并联网络。由上图可知，Z1、Z2和Rf、R3正好构成一个电桥的四个臂，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端。上图左点画线框所表示的网络具有选频作用，它的频率响应特性曲线
11、具有明显的峰值。由上图可得： 反馈网络的反馈系数为 （1）就实际的频率而言，可用替换，则得 （2）如令，则上式变为 由此可RC串并联选频网络的幅频响应及相频响应 （3）和 （4）由上式可知，当 时，幅频响应的幅值最大，即 而相频响应的相位角为零，即 这就是说，当时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调时），并且输出电压是输入电压的，同时输出电压与输入电压同相，即有和。这样，放大电路和由组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，满足相位平衡条件，因而有可能振荡。由于电路中存在噪声，频谱分布很广，其中也包括有这样一个频率成分。这种微弱的信号，经过放大，通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，最后受电路中的稳压二极管限制，使振荡幅度自动稳定下来，开始时，略大于3，达到稳定平衡状态时，从而产生持续的振荡，其输出波形为正弦波，失真很小。起振时及振荡幅度较小时，上压降不足于使、导通；当振荡幅度增至某一值时，两二极管分别在输出电压的正负两个半周轮流导通，而且由于二极管正向导通的非线性，正向电压越大，正向电阻越小，使振荡器的负反馈深度加深，使幅度稳定在某一值。1.3文氏桥振荡电路加上一个同向放大器变形得到如下电路：图中，组成电桥的一个臂，组成另一个臂，与组成电桥的另外两个臂，起稳
