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1、 20132013 级级模拟电子技术模拟电子技术课程设计说明课程设计说明 书书二阶有源带阻滤波器院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 刘繁荣 学 号： 1330140144 指导教师： 张松华 职称副教授专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本 1301 班 完成时间： 2015 年 9 月 14 日 模拟电子技术模拟电子技术课程设计任务书课程设计任务书学院：电气与信息工程学院 适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程指导教师张松华学生姓名刘繁荣课题名称二阶有源带阻滤波器内 容 及 任 务一、设计任务设计一个二阶有源带阻滤波器，带阻滤波电路是用来抑制或衰减某
2、一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过。这种滤波电路经常用 于电子系统抗干扰。二、设计内容 1、电路设计方案比较； 2、电路参数分析计算和选择； 3、单元电路设计并进行分析； 4、实物制作； 5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）； 6、撰写设计报告。拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标一、基本要求与指标 1、设计出的二阶有源带阻滤波电路可以实现抑制和衰减某一频段的 信号。二、扩展要求与指标2、可以减少对电网的损害。起止日期工作内容2015.6.156.19下达任务书；针对课题任务书，收集资料。2015.6.206.21针对课题任务，进行电路设计与仿真。2015.6.226.23进行
3、电路制作与调试。2015.6.246.25进行说明书书写。2015.6.26实物答辩与说明书收集。进 度 安 排主 要 参 考 资 料1康华光.模拟电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，464434.20062刘铭，陈世利.电子线路综合设计与实践M.北京：机械工业出版社，6359.20143胡宴如.模拟电子技术(第二版)M.北京：高等教育出版社，221207.2004 4于卫.模拟电子技术试验及综合实训教程M.武汉：华中科技大学出 版社，8860.2008指导教师意见签名：年 月 日教研室意见签名：年 月 日模拟电子技术模拟电子技术课程设计任务书课程设计任务书学院：电气与信息工程学院
4、 适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程 指导教师张松华学生姓名伍贤美课题名称直流稳压电源内 容 及 任 务一、设计任务 设计一个直流稳压电源，当输入为有效值 220V 的交流电压时，能产 生12V、9V 、5V 三组直流电压输出。二、设计内容 1、电路设计方案比较； 2、电路参数分析计算和选择； 3、单元电路设计并进行分析； 4、实物制作； 5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）； 6、撰写设计报。拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标1、设计要求及技术指标 1、要求输入电压为有效值 220V、50HZ 的市电交流电压，电源输出 电压为12V、9V 、5V。 2、最
5、大输出电流为 Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压 系数 Sr5%。二、扩展要求与指标 1、能显示电源输出电压值，00.0-12.0V；2、要求有短路过载保护。起止日期工作内容2015.6.156.19下达任务书；针对课题任务书，收集资料。2015.6.206.21针对课题任务，进行电路设计与仿真。2015.6.226.23进行电路制作与调试。进 度 安 排2015.6.246.25进行说明书书写。2015.6.26实物答辩与说明书收集。主 要 参 考 资 料1康华光.模拟电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，464434.20062刘铭，陈世利.电子线路综合设计与
6、实践M.北京：机械工业出版社，6359.20143胡宴如.模拟电子技术(第二版)M.北京：高等教育出版社，221207.2004 4于卫.模拟电子技术试验及综合实训教程M.武汉：华中科技大学出 版社，8860.2008指导教师意见签名：年 月 日教研室意见签名：年 月 日摘 要二阶有源带阻滤波器是有源滤波器里的一种，它由有源器件（晶体管或集成运放）和电阻、电容构成的滤波器称为 RC 有源滤波器。滤波器分为一阶、二阶和高阶有源滤波器。阶数越高，其幅频特性越接近于理想特性，滤波器的性能越好。滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率的范围以外的信号，可用在信号处理、数据传输、抑
7、制干扰等方面。根据滤波器所能通过信号的频率范围或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤波器。课题设计制作一个中心频率为 100Hz，带宽越窄越好，幅频特性、相频特性越理想越好的二阶有源带阻滤波器。通过上网查阅相关资料和询问老师的意见，设计首先确定了电路方案，然后进行电路参数的计算。在保证设计正确之后，使用 Multisim12 进行仿真，分析了仿真的数据、结果及波形图，然后进行电路实物图的制作，并按照要求对实物图进行调试与测试。当测试结果与仿真结果一致时，证明课程设计基本完成。关键词：二阶有源带阻滤波器；中心频率；Multisim12；AD 软件目 录1 绪论.11
8、.1 设计背景及意义 .11.2 设计要求 .11.2.1 二阶有源带阻滤波器设计要求11.2.2 直流稳压电源设计要求12 系统设计方案.22.1 方案一：压控电压源二阶带阻滤波器 .22.2 方案二：无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器 .32.3 方案选择 .43 元器件的选择与参数计算.53.1 选择运放 .53.2 选择电容器 .53.3 电阻参数的计算 .63.4 直流稳压电源的设计 .63.4.1 设计构想63.4.2 设计原理63.4.3 变压器的选择63.4.5 电容器的选择73.4.6 选择三端稳压器74 电路仿真.84.1 电路仿真图 .84.2 仿真结果分析 .85 电路制
9、作与调试115.1 电路板的制作 115.2 直流稳压电源的调试 115.3 RC 二阶有源带阻滤波器的调试和测试115.3.1 调试过程.115.3.2 测试结果.125.3.3 误差分析.12结束语.13参考文献.14致 谢.15附录 A 原理图 .16附录 B PCB 图17附录 C 实物图 .18附录 D 元件清单 .1901 绪论1.1 设计背景及意义随着科技与经济的不断发展，各种基于电力电子技术的非线性装置在电力系统中的应用日益广泛，使得谐波危害日益严重。为了保证电力系统的安全运行，必须对谐波污染进行治理，以改善电能质量。就当前的工业现实而言，抑制谐波的基本手段是装设各类滤波器补偿
10、装置。无源滤波器的结构简单，但是易受到电网阻抗和远行状态影响，与系统发生谐振，且仅能补偿固定频率的谐波。但有源滤波器则可以解决这些问题，并且可以自动跟踪补偿变化的谐波，具有高度可控性。有源滤波器是一种常用的信号处理装置，其在信息处理，数据传输和抑制干扰等方面都有着非常广泛的应用前景和价值。相比于无源滤波器，有源滤波器的优势在于幅频特性好，幅频特性曲线相对陡峭，器件体积小等。有源滤波器是改善供电质量，净化电网污染的一种有效装置。因此，有源滤波器在未来有很大的发展前景。1.2 设计要求1.2.1 二阶有源带阻滤波器设计要求1、中心频率 100Hz；2、带阻频带越窄越好；3、幅频特性、相频特性曲线尽
11、可能接近理想化；1.2.2 直流稳压电源设计要求1、要求输入电压为有效值 220V、50HZ 的市电交流电压，电源输出电压为12V、9V 、5V。2、最大输出电流为 Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数Sr5%。12 系统设计方案2.1 方案一：压控电压源二阶带阻滤波器压控电压源二阶带阻电路，它是双 T 型网络且具有选频特性。它的优点是电路性能稳定，增益容易调节。电路图如图 1 所示：图 1 压控电压源二阶带阻有源滤波器原理电路的传输函数：2 002220up212222122fu sQs)s(ARRC1sCR2s) RRC1s (AsA （1）其中， 1AAupf（2）
12、213R1 R1 R1（3）0 2120f2 RRC1（4）CR2 QBW 202（5）12RR21Q （6） 式中，既是特征角频率，也是带阻滤波电路的中心角频率；如果=1， 00A则 Q=0.5，增加,Q 将随之升高, 当趋近 2 时，Q 趋向无穷大。因此,越0A0A0A接近 2，越大，可使带阻滤波电路的选频特性越好，即阻断的频率范围越窄。. A图 2 为带阻滤波器电路的幅频特性曲线图。1f/f020lg（Au/Aup）/dB02040Q=1Q=5图 2 带阻滤波器电路的幅频特性2.2 方案二：无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器无限增益多路负反馈电路，它的运放为反相输入，输出端通过 C1、R1
13、 形成两条支路。他的优点是电路具有倒相作用，使用元件较少；缺点是调解增益时会对参数有影响。其电路图如图 3 所示：图 3 无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器电路的传输函数：32 002220v2122221322vu sQs)s(ARRC1sCR2s)R1 R1( RC1sAsA （(7)其中：5143RR2RR(8) 36vRRA(9) )R1 R1( RC121322 0(10)CR2 QBW 30(11)有源滤波器可以突出频率的信号，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，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余音律范围，信号则能顺利通过。
14、 2.3 方案选择方案一压控电压源型滤波器电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈，运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低。因为同相输入端电位控制由集成运放和反馈网络组成一个增益可控的电压控制电压源，故称之为压控电压源滤波器，简称 VCVS 滤波器。巴特沃斯型二阶压控电压源型带阻滤波器 Q 值较高，改变，可以调整，且 BW 或 Q 保持不变，缺点是1R0fAv=1。方案二无限增益多路负反馈型滤波器电路有两条负反馈支路，并且运算放大器是作为一个无限增益器件来使用的，所以称为无限增益多路反馈电路。运算放大器为反相接法。巴特沃斯型无限增益多路负反馈型带阻滤波器 Q 值高，可用电位器代替
15、进行调整，改变可调整 BW 而不影响，到地的直流通6R4R0f路已由完成。4R且因为无限增益多环反馈型滤波器的特性对参数变化比较敏感，在这点上它不如压控电压源型二阶滤波器。并且压控电压源法元器件排列对称，设计简单，调试方便，因此，本次设计选择方案一。43 元器件的选择与参数计算3.1 选择运放Op07 是一种高精度运放，它具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度和长期稳定等特点。可以用于微弱信号的放大，使用双电源能够提升其使用效果。其引脚图如图 4 所示：图 4 Op07 管脚介绍图 4 为集成运放 Op07 管脚介绍图，集成运放 Op07 有 8 个脚，1、8 脚为调零，2 脚为反相端，3 脚为同相，4 脚接地，5 脚为空脚，6 脚为输出端，7 脚接电源。3.2 选择电容器5电容标称值的分档较少，可根据工作频率范围按照表 1 初选电容值。表 1 滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(Hz)
