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1、本科实验报告课程名称：电路分析基础实验项目：低通滤波器的设计(3)实验地点：电机馆电子工艺实验室专业班级：通信学号:学生姓名：同组人：指导教师:2013年1月7日其中K为常数，是滤波器的增益 n=2,4,6,，时，上式可以分解为在 n=1， 3， 5,H(s)= UoUt(s)Ui n( s)k=1 s 2 + as + b，时，上式可以分解为（2）低通滤波器的设计1.技术指标要求:通带边界频率c = 6280rad /s（fc = 1000HZ ）；通带最大衰减履m宓=3dB； 阻带边界频率s = 37680rad / s fs = 6000HZ）；阻带最小衰减a . = 30dB； 响应方
2、式：巴特沃斯响应；2.电压转移函数推导过程：巴特沃斯滤波器电压转移函数的通用表达式为TT ,、Uout （s）Kb（1）H（s）= :_ = 0Uin（s）sn + b 1sn-1 + . + s + b0（要求K=1）； n为巴特沃斯高通滤波器的阶次。在（3）其中（2）、（3）式中 Ak，k=0，1，2,为各分解因式构成的滤波器增益。U (s)H( s) = outUn (s)上述两种情况下，设定b0 = 1，并令k=1，2,，则各项系数可采用下式求得孔=2加 bk=2n（4）在通带最大衰减a= 3dB时，巴特沃斯高通滤波器阶次n的确定方法为maxn = Igd。 -1)2lg Os（5）式
3、中a min为技术指标给出的阻带最小衰减，O s为与阻带边界频率s对应的归一化阻 带边界频率。lg（100.1a -1）根据技术指标要求，O广气仙，故n =一-s故电压转移函数为HKb(s)=3U (s)s2 + as + b3.电路原理设计图:4.参数选择计算过程:在有源滤波器电路中运用了理想运算放大器，理想运算放大器的特性是U+ = U_ ,I = 4I = 0。列写节点方程如下：311节点 1：(jwCi + jw占2 + )U1 _ jw占2 U2_RU3_ jwC1 U4 = 0U-22inou（6）1节点 2：(r + jwC2)U2- jwC2 U1 = 0(7)1因为是理想运放
4、所以（8）（9）U2U4联立上述方程组解得U0UiCC RR S212C C RR S2 +(CR + C R)S +1设s =加，相应s2 =（加）2。则设低通转移函数为Kbs 2H( s)=bs 2 + as +112 121 22 2采用系数对比法可得方程组qq % R2 = KbR1 = 989QC R2 + C 2 R2 = aC= 1八 C + CR =21 v2C1C 2R2=也C2 = 1C + C 2根据（4）可知，K = 1n = 2时，a =b = 1 ；故 C1 = 1R = 1.414R2 = 0.707C2 = 1令C1 = C2 =1F，则据此得到全部元件值为经反
5、归一化：q= 0.2ufC2 = 0.113uf1R2 = 989Q5.Workbench仿真环境:根据图1将已经计算出电路的各个参数带入电路，在EWB环境下画出仿真电路如下图:6.仿真结果：（1）F = 600Hz通带最大衰减a max = 3dB时:| -2. 9 &2dB|I 619.甚 IF = 100Hz阻带最小衰减a min = 30dB时:从仿真数据来看，仿真结果符合技术指标要求。7.频率变化：(信号发生器输入电压不变)A. (1) f=600 Hz时虚拟示波器波形21 Fufiffjcn GfBotrditcirS3 ! J OwiHu-scope输入龟压T1fTZ,n-Ti5
6、5 u各4毛L B.VVM277-1-EE 46-S-9IVE.S293VL2JL2-fes心 ES-4SV(2) f=300Hz时虚拟示波器波形. Puncban Gernir-roT-D-i:-辘入电任酣:电压Ccrmwn输入电压4loo I榆灯电压当频率为300Hz时，输出电压和输入电压相比有了明显的衰减，体现衰减低频特性。(3) f=100 Hz时虚拟示波器波形lTRjnctioHG#rieolor 但 J当频率为100Hz时，输出电压几乎衰减为0变为直线，体现通高频，截低频的特性。B.分析结果:当输入电压不变，输入频率在通带频率(600Hz)以上时，输出电压几乎不衰减；当输入频率在过
7、渡带频率(200500Hz)内，输出电压有明显衰减；当输入频率在阻带频率100Hz以下时，输出电压衰减为零。综合以上实验结果和分析，得出图1所示电路具有通高频，阻低频特性，且符合各项技 术要求。8.实验室电路实验(1)电路实验根据以上仿真实验结果，在实验室搭建电路进行实际电路实验。图1中的运算放大器型号为LM324，如下图：E E T.- - 7 -图3 LM324放大器图4 LM324放大器引脚图此次实验使用的引脚是图4中第一组引脚。其中：1. Vcc (引脚4)接10伏稳压电源正极，Vee (引脚11)接10伏稳压电源负极2. 引脚1接示波器正输入，引脚2接地，引脚3接信号输入。(2) 电
8、路搭建图5实验电路板(3) 实验结果图6输入电压波形图7衰减后输出电压波形（4）实验数据表1实验数据输入电压（V）输入频率（Hz）输出电压（V）106119.3103075.2101030.2从以上数据看出，在输入电压不变情况下，当输入频率在600Hz左右，输出电压基本 不变化。当输入频率减小时，输出电压随之衰减。可见该电路具有通高频，阻低频的特性。（5）误差分析表中实验数据和技术要有较大的误差，分析其原因有A实验中，电子元件参数配置有较大误差。如R1 = 3.9KQ,R2 = 1.8KQ （理论计算值为 % = 3752QR2 = 1876Q）q = C = 0.15pF （理论计算值为C1
9、 = C = 0.mF）。B实验存在偶然误差和系统误差。9心得体会这次课程设计之后，使我明白了做任何事情都要认真仔细，不然的话，会花更多的时间 才能做好。课程设计有利于提高我们的动手能力，能把我们所学的书本知识运用到实际生活 中去，同时也丰富了我们的业余生活，提高我们对知识的理解能力。同时也使我意识到：- 个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间，因为前期看似慢， 实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间，同样在制作过程 中，马虎不得，粗心不得，特别作更应该如此。一步一步来，要充分利用网上的资料，添补 课上所学的空白，掌握最先进的知识，使自己的知识系统化，更加完善，更能出色的完成设 计题目。
