模电课程设计二阶有源带通滤波器

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1、课程设计任务书学生姓名：XXX专业班级： 电信XX指导教师：曾冈IJ工作单位：信息工程学院题 目：有源带通滤波器初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的 设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器 件；可以使用实验室仪器调试。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求）1、设计一个有源带通滤波器。2、通带范围为50HZ-20KHZ,带内电压变化小于。3、自制直流电源。4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书时间安排：十八周一周，其中3天硬件设计，2 天硬件调试指导教师签名：年 月 日系主任（或责任教师）签名：年 月 日目录

2、摘要 I1 有源带通滤波器理论设计 1简介 1工作原理 1二阶有源滤波器设计方案 21.3.1 原理图 21.3.2 低通滤波电路 21.3.3 高通滤波电路 31.3.4 原件参数选取 42 二阶有源滤波器实际仿真与测试 53 误差分析 7元器件误差 7运放的性能 7仪器误差 7直流稳压电源供电误差 74 直流稳压电源设计 85 心得体会 9参考文献 10致谢 11摘要在模拟电子技术基础的学习基础上，针对课设要求，设计有源带通滤波 器，计算出符合条件要求的原件参数，通过 Multisim 仿真和焊接完电路后的实 际测量数据，验证参数的取值。关键词：有源 带通滤波器 参数 Multisim 仿

3、真1 有源带通滤波器理论设计简介带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分 量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的 例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通 滤波器组合来产生.工作原理一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者 衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的 频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频 率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没 有被隔离的范围。这通常称为滤

4、波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度 dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性 能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦开 始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。二阶有源滤波器设计方案1.3.1 原理图本次设计采用压控电压源二阶高通滤波电路级联压控电压源二阶低通滤波 电路级组成，原理图如下所示。图有源带通滤波器原理图1.3.2 低通滤波电路电路后半部分采用压控电压源二阶低通滤波电路过滤通带外高频信号。电路 中同时引入了正负反馈。当信号趋于零时，由于 C4 的电抗趋于无穷大，因而正 反馈很弱；当信号

5、趋于无穷大时，由于C3的电抗趋于零，因而U(s)趋于零。只 要正反馈引入得当，就既可能在f =1 时使电压放大倍数增大，又不会因正l 2nRC反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电压则由集成运放和R7、r6组成的电压 源控制。R取C3=C4=C，R=R2=R,则通带放大倍数A“二1 + 7。u1RAu17设fH = 2nRc，则低通滤波电路传递函数A uu1所以只有当A ,3时，电路才能正常工作，而不产生自激振荡。u1若取品质因数Q =f=fH =A2i2-则 Aui = 3 - e E符合A ,3这一条件,u1进而一= 1R7A 1 = 0.586（2）。u1u11.3.3 高通滤波电路电路前

6、半部分采用压控电压源二阶高通滤波电路过滤通带外低频信号。高通 滤波电路与低通滤波电路具有对偶性,将相应的电容换成电阻,电阻换成电容, 就可以得到高通滤波电路。R取C3=C4=C, R=R2=R,则通带放大倍数A“5 = 1 + R ,4设f =-，同样只有当只有当A 53时，电路才能正常工作，L 2 nRCu 5而不产生自激振荡。若任取Q =-ffL =Au1込1v -，则A 5 = 3 沁1.586，符合A 53这一条件,2u5Q u5进而一4 = A 1 = 0.586（4 ）。Ru 55又因为任务书中要求带内电压变化小于，所以20 lgU Umax min形可U，in得% 哂1040，因

7、为由前面分析可知inU 沁Q U ，所以 minmax丄maxUin=A A沁2.515符合 u 5u1pax 巴 -3.617（5）。由1.3.2和中分析可知U1 Qin（5）式要求。1.3.4 原件参数选取根据(1)(2) (3)(4)和于=50Hz,f = 20KHz选定相应电阻电容取值LH可得C1=C2=100nf, R3=R8=;R4=, R5=10K;C3=C4=100pf, R1=R2=;R6=, R7=10K; 再根据仿真结果及实际原件情况进行微调即可取得如图中参数值。C1=C2=100nf, R3=R8=34K;R4=5K, R5=10K;C3=C4=100pf, R1=R2

8、=75K;R6=5K, R7=10K;2 二阶有源滤波器实际仿真与测试bandpassfilteiAC .AnalysisFrequency (Hz)图有源带通滤波器交流分析图截止频率 fL 坐标图图截止频率 fH 坐标图U最咼输出电压放大倍数才吐in二max y二2.2487与理论推算maxu5u12.515in肛 AnalysisbaidpassfiltecAE AnkLyz 1 _bandpass_fikei,|V S ?：!AC xAiialvsisV|/V(3)AC AnalysisI?：5D.0654-14A-1Ll19.332 6k1iJ卜1.5978ua:？-1.59801a.

9、u.1:25D.065419.8326k1珀芒T1.5980D.ODOOn ,3ooo11】；D.ODOO:旳D.0000Il/q?:l/ds打口L/c?nin x5D.0D00pin y.：D,3000LaK x19.9054kpax y.ic.9054kKnin 71.5927tnin y1.5927max y2.2487kax y2.24871offset x.C：33bffse: x0.J0001offset yD.ODOO offset y0.0000iIk17十r门 1丨口灯rir fWi 1Itinitt相符。最小输出电压放大倍数约为，与理论值 A 二 卜 二 卜 Q沁1.590

10、1相符。in in inbandpassfilteiAC .AnalysisFrequency (Hz)图低频交流分析(mQJp)OJgEqd截至频率50Hz以下衰减明显，符合高通部分要求。bandpass_filt.ei,AC AnalysisQJptrjJ 口閉吕仏图高频交流分析截至频率 20KHz 以上衰减明显，符合低通部分要求。综上述说，本设计符合任务书有源带通滤波器要求。3 误差分析元器件误差由于计算得出的元器件参数比较理想化，而实际中用的原件很难匹配所有的 参数，如低通滤波器中的Rl, R2,取值为80K,现实中无法买到阻值为80K的 电阻，只能通过电位器的调节尽可能的接近它。至于

11、电容，误差更大（电容的误 差在 20%内便为合格）。运放的性能本次课设用到的运放UA741CN,通用型运放，不可能达到理想运放的虚短， 虚断的条件。因此输出不可能达到理想值。仪器误差函数发生器有50Q的内阻，示波器的本身误差示数误差以及波形的抖动造 成的误差。直流稳压电源供电误差实测所设计直流稳压电源带载情况下输出电压为正负，并非理论15V，对放 大倍数有所影响。4 直流稳压电源设计U2 LM7915CT图 4 电源设计原理图经过三端变压器输出，接滤波电容，再经过三端稳压器后，输出，电压值分别为+15V和-15V。在模电实验中，已经实际操作完成，顾不再做详细介绍。5 心得体会本学期的模电课程，

12、我们学习到了大量的电路分析，各种电路的应用功能， 但在实际运用中却显得有点欠缺，而这次课程设计，我们学会了比较电路在实际 物体模块制作过程中的使用方法，同时在资料的查阅过程中，也学会了其它电路 的详细功能及使用，对于自己的实际动手能力是一个很大的提高。学到了很多， 也让我发现了自己的很多不足，特别是在实际电路的元件布局和电路参数的设定 中，发现自己在很多方面都不太了解，在以后的学习中有待提高。通过本次课程设计，作为一个团队，我们在各个方面都互相促进，在电路板 的焊接方面及电路元件布局过程中，应该要先对电路进行各方面的分析，元件布 局的是否合理将直接影响到电路板的焊接外观、电路板的复杂程度，所以

13、在电路 的最初设计中就应该要考虑到。在焊接过程中，应该要遵循着做一部分完成一部分的检测的方法，以免在完 成电路板焊接后检测突然发现电路板不能正常工作，以致于无法对电路哪一部分 出现问题进行修正，更进一步会导致整个电路板的毁坏。所以在以后的电路实际 制过程中，要做一部分检测一部分，这是获得的很好的经验。本次的课程设计， 对我们的实际动手能力是一个大的提高，也培养了我们查阅资料的能力，对以后 的各种工作是有很大的帮助。参考文献1 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社.2 吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社3 邱关源，罗先觉.电路.北京：高等教育出版社.4Walt Jung运算放大器应用技术手册.北京：人民邮电出版社. 冈村廸夫.0P放大电路设计.北京：科学出版社.致谢在这次完成课程设计的过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢 XX 老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮 助，这是我能顺利完成这次课程设计的有力支持，让我在理论上有了全面的认识。 在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计 能力。同样，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我提供了很多好的想法。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。