《信号放大滤波电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号放大滤波电路设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中北大学中北大学 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书学生姓名学生姓名:罗再兵学 号：0906044151学学 院院: 电子与计算机科学技术学院专专 业业:电子科学与技术题题 目目:信号放大滤波电路设计指导教师：指导教师：孟令军孟令军 职称职称: : 副教授副教授 2011 年 12 月 30 日1/10目录目录1、设计任务22、设计目的23、设计方案24、参考电路设计与分析34.1、同相比例放大器34.2、二阶压控电压源低通滤波器34.3、二阶压控电压源高通滤波器45、信号放大滤波电路2/1055.1 信号放大滤波电路设计55.2 信号放大滤波电路仿真65.3 信号放大滤波电路性能评估8
2、5.4 信号放大滤波电路 PCB 板图86、 设计仪器设备97、 设计心得93/10一一. . 设计任务设计任务1、查阅熟悉相关芯片资料；2、选择合适的运算放大器，实现信号的 3 级放大；总放大倍数为 12；3、并通过高通、低通滤波电路滤波；4、利用 PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用 multisim 软件仿真。二二. 设计目的设计目的1、 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。2、 学习使用 PROTEL 软件绘制电路原理图和印刷版图。3、 掌握应用 multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。3设计方案设计方案由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要
3、用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大 12 倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。设计框架图如下：信号输入信号输出图 1 信号放大滤波电路设计方案图 1 为信号放大滤波电路设计方案。在这一方案中，系统主要由同相比例同相比例放大器二阶压控电压源低通滤波器二阶压控电压源高通滤波器4/10放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。由于要求实现信号的 3 级放大，总放大倍数为 12，信号经过同相比例放大器后放大 12 倍
4、，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于 1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于 1）后就可以得到我们所需频段的信号。4参考电路设计参考电路设计1、同相比例放大器同相输入比例运算电路如图 2 所示。该电路是一个电压串联负反馈电 路。要求两输入回路参数对称，即，PNRR /，。 其放大倍数为:/1RRNfR2RRP)(1fuRRA1R图 2 同相比例放大器2、二阶压控电压源低通滤波器1） 、电路分析 二阶压控低通滤波器电路如图 3 所示。该电路具有元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。电路中 C1、C2、R1、R2 构成反馈网络。运算放大器接成
5、电压跟随器形式，在通频带内电压增益等于 1。图 3 二阶压控电压源低通滤波器5/102） 、电路传递函数和特性分析 二阶低通滤波器的传递函数由式（1-1）决定(1-1)2)(11)(00ws ws QAsAupu 式中，Aup 为同带增益，表示滤波器在通频带内的放大能力，图 3 所示滤波器Aup=1；w0 为截止角频率，表示滤波器的通带与阻带的分界频率；Q 为品质因数，是一个选择因子，其值的大小由幅频特性曲线决定。若取 R1=R2=R，则电路的 Q 和 w0 的值由式（1-2）和式（1-3）决定：(1-2) 2110CCRw(1-3)1221 CC Q3） 、电路元件参数的设定 根据低通滤波电
6、路的截止频率 f0，先确定R 的值，然后根据式（1-2）和式（1-3）求出 C1 和 C2 为(1-4)RwQC 012(1-5)RQwC 02213、二阶压控电压源高通通滤波器1） 、电路分析 二阶压控高通滤波器电路如图 4 所示。从电路图看，高通滤波器与低通滤波器电路形式相似，只是两者电阻与电容位置互换。因此该电路的分析方法与涉及步骤与低通滤波电路基本相同。电路中C1、C2、R1、R2 构成反馈网络。运算放大器接成电压跟随器形式，其闭环增益等于 1。6/10图 4 二阶压控高通滤波器2） 、电路传递函数和特性分析 二阶高通滤波器的传递函数由式（1-6）决定（1-2)(11)( 00 Sw
7、Sw QAsAup u 6）若取 C1=C2=C 时，则电路的 Q 和 w0 的值由式（1-7）和式（1-8）决定：(1-7)2101 RRCw (1-8)2121 RR Q3） 、电路元件参数的设定 根据高通滤波电路的截止频率 f0，先确定C 的值，选择 Q 值。在根据所要求的特征角频率，然后根据式（1-7）和式（1-8）求出 R1 和 R2 为：(1-9)CQwR 0121(1-10)CwQR 0225信号放大滤波电路信号放大滤波电路1、信号放大滤波电路设计 7/101） 、该电路选用通用运算放大器 LM741，经同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器三种电路级
8、联得到。2） 、电路元件参数的设定（通频带为 10HZ200HZ； 21Q）1upA同相比例放大器取,/ 可得1RK10)(1fuRRA1R12； 由，得。KRf110PNRR 1RRN2RRPKR167. 92二阶压控电压源低通滤波器取截止频率为，HZf2000，由式(1-4)和式（1-5）可得，KRRR521nFC2251。nFC5 .1122二阶压控电压源高通滤波器取截止频率为，HZf100，由式(1-4)和式（1-5）可得，uFCC121KR254.111。KR408.2223） 、信号放大滤波电路电路图如图 5 所示图 5 信号放大滤波电路2、信号放大滤波电路的仿真 在输入端加入正弦
9、电压信号，通过改变输入信号的频率与幅值来iU8/10测量电路的传输特性。测量电路图如图 6 所示：图 6 信号放大滤波仿真电路取，改变输入信号的频率，测得相应频率时的输出电压，即VUi5 . 0改变一次信号频率，测量一次值，测量值记入表 1 中：OU表 1 幅频特性测试数据HZf /5103060120200400VUo/15.9985.9985.9986666VUo/25.9985.9985.9975.9765.6464.2441.456VUo/1.4554.2425.965.9745.6464.2441.456在通频带内取，改变输入信号的幅值，测得相应幅值对应HZf60时时的输出电压，即改
10、变一次输入信号的幅值，测量一次值，测量值记入OU9/10表 2 中：表 2 信号放大特性测试数据VUi/0.10.40.711.5VUo/11.24.88.411.99714.242VUo/21.1954.7818.36611.94913.943VUo/1.1954.7798.36311.94513.3453、信号放大滤波电路性能评估由表 1 测试数据可知，在通频带（10HZ200HZ）内，如时电HZf60压放大倍数5.974/0.5=11.948，与要求的 12 倍相符合；当取截止频率uA时 Q=4.242/6=0.7067，时 Q=4.244/6=0.7067，都与设HZf100HZf20
11、00计时所取的 Q=1/=0.7071 值相符合；当在通频带外时，如取时2fHZf5信号经低通高通滤波器后有 6V 下降到 1.455，表明信号被严重过滤，也与设计要求相符合。即该电路频率特性与设计要求相符合。由表 2 测试数据可知，该电路输入的放大信号为小信号时性能十分优良，当输入信号变大时，放大性能开始下将，即测试范围有限，范围约为=1V。我们知道运放的放大与外接直流电源有关，放大后的信号不可能超iU过外接电压，LM741 的外接电压为 3V22V（测试取 18V） 。经分析信号放大性能也与满足设计要求。因此该电路满足设计要求（放大 12 倍，通频带为 10HZ200HZ） 。4、信号放大
12、滤波电路 PCB 板图该电路 PCB 板图如图 7 所示：10/10图 7 信号放大滤波电路 PCB 板图6设计仪器设备设计仪器设备1、LM741CH 芯片（3 片）2、电阻 5K（2 只） 、9.167K（1 只） 、10K（1 只） 、11.254K（1 只） 、22.508K（1 只） 、110K（1 只）3、电感 112.5nF（1 只） 、225nF（1 只） 、1uF（2 只） 7设计心得设计心得通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，让我们熟悉了电路设计的一般流程及方法。掌握了许多电路设计软件和仿真软件的运用，为今后学习打下了坚实基础。在设计过程中，经常会遇到这样
13、那样的问题，特别是装软件和软件使用遇到了很大困难，不过经过努力最后都克服了。在做课程设计的同时也巩固了相关课本知识，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元11/10件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。在制作 PCB 时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上
14、既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计恰好也锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。参考文献（1）童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002（2）张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004（3）陈汝全电子技术常用器件应用手
