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1、电子系统设计实验报告姓名 指导教师 专业班级 学院提交日期 2011年11月1日目录第一章 设计题目11.1 设计任务11.2 设计要求1 第二章 原理分析及参数计算12.1 总方案设计12.1.1 方案框图12.1.2 原理图设计12.2 单元电路的设计及参数计算22.2.1 二阶低通滤波器22.2.2 二阶高通滤波器32.3 元器件选择4 第三章 电路的组装与调试53.1 MultiSim 电路图53.2 MultiSim 仿真分析53.1.1 四阶低通滤波器53.1.2 四阶高通滤波器53.1.3 总电路图63.3 实际测试结果6 第四章 设计总结6 附 录 附录I 元件清单附录II P
2、rotel原理图 附录III PCB图（正面）附录W PCB图（反面）参 考 文 献第一章设计题目11设计任务采用无限增益多重反馈滤波器，设计一四阶带通滤波器，通带增益A二1,0f二1kHz，f二2kHz，设计方案如图1.1所示。LH戈浪器匚厂匹呵泡洱图1.1四阶带通滤波器方案图1.2设计要求1. 用Protel99画出原理图，计算各元件参数，各元件参数选用标称值;2. 用Mutisu m对电路进行仿真，给出幅频特性的仿真结果；3在面包板上搭接实际电路，并测试滤波器的幅频特性；4撰写设计报告。第二章设计方案2.1方案设计211方案框图（如图211）二阶低通滤波器二阶低通滤波器二阶高通滤波器二阶
3、高通滤波器图211四阶带通滤波器总框图2.1.2原理图设计本原理图根据结构框图组成了 4个二阶滤波器，上面两个分别为f =2kHz，cQ=0.541, A=1的低通滤波器和f =2kHz, Q=1.306, A=1的低通滤波器；下面两c个分别为f =1kHz，Q=0.541，A=1的高通滤波器和f =1kHz，Q=1.306, A=1的cc高通滤波器，其中P1、P2、P3作为接线座用来接线，原理图如图2.1.2,具体参 数计算见2.2节。O.luFO.luF_ 6.SklF-12V+ 12V6.ShlF2.2单元电路的设计2.2.1二阶低通滤波器二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图2.
4、2.1所示。该滤波器电路是有R ,C低通级以及R ,C积分器级组成，这两级电路表现出低通特性。通1132过R的正反馈对Q进行控制。根据对电路的交流分析，求得传递函数H(s)为2比较得图221二阶低通滤波器示意图1w 二一：c :C CRR1223Jc /CQ =1 匕一JR R /R 2 +JR ； R +23132直接采用这三个公式来计算C ,C ,R ,R,R的值是非常困难。为了简化运算步骤，先给C确定一个合适的值，然后令C =nC，式中n是电容扩展比，A为滤2 1 2波器直流增益幅度。可以从上述三个公式推得各电阻值的计算公式：1+J1-4Q2 (1 + An1 _2o QC Ac 2R
5、二 RA 2RCCc 212取n = 4Q2(1+ A)，上式可进一步简化为12o QC Ac 2R 二 RA1 2 RCC1令R二丄，可得到滤波器中各项参数的计算公式为 0 o Cc 2C 二 4Q2(1+ A)CR = R(2QA)R 二 AxR1 210：2 1=Rj 2Q (1 + A ”由此可见，只要确定C的值，其余的参数可随之确定。2滤波器中各项参数的具体计算步骤是：决定C的容量，再用R =12兀fC公式计算基准电阻R。选取C值为20c 202a)3300pF,则基准电阻R = 12兀 f C = 14.2k0。b)计算C的电容值,1c)计算R的电阻值,1C = 4Q2(1+ A)
6、C = 7726pF 。1 2R = R ,(2QA)= 22.29k0。1 0-d)计算R的电阻值,2R = A x R = 22.29k 0。2 1打/2Q (1 + A) = 11.14k0。由于需要取标称，这里取1%精度的金属膜电阻的标称值。e)计算R的电阻值,3这里C 取 7750pF, R 取22.1k0， R 取22.1k0， R 取Ilk01123同理可计算当Q = 1.306,C = 3300pF时 各项参数R = 9.23k0，取标称值 9.31k0。4R = 9.23k0，取标称值 9.31k0。5R = 4.64k0，取标称值 4.64k0。6C = 45028 pF，
7、取标称值 47nF。42.2.2二阶高通滤波器图2.2.2二阶高通滤波器示意图二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图2.2.2所示。利用相同的分析方法可得到各元件参数的计算公式，取基准电容C二0.033RF , Q = 0.5410时，则基准电阻R 二 12兀 f C 二 16.076k0 。0c 2各元件的参数计算如下:C 二 C 二 C 二 0.033卩 F C 二 C /A 二 0.033卩 F。12030取标称值3k0。=Rj 2Q (1 + A) = 2.97k 0。=Rj2Q (1 + 2A) = 7.83k0。取标称值 7.87k0。则原理图中 R 二 3k0，R 二 7.
8、87k0，C 二 C 二 C 二 0.033卩F 。78567同理当C二0.033卩F , Q = 1.306时，计算的各元件参数0C 二 C 二 C 二 0.033 卩 F。8 910R 二 1.23k0，取标称值 1.24k0。9R 二 18.9k0，取标称值 19.1k0。102.3元器件选择电阻的选择 这里取1%精度的金属膜电阻的标称值，见附录清单。 电容的选择 根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。运放的选择 本电路选择了 TI公司的八引脚的TL082双运放。TL082是低成本、高速、双JFET输入运算放大器，使用于告诉积分电路、 D/A转换电路，采样保持电路以及低输入失
9、调电压、低输入偏置失调电流、高输 入阻抗等应用场合。其引脚功能：（见表2.3）ir 转龙能.W F.Xj葩1Output L输出L5N-on-invrtins，input; 2:E冋愴人22Invefling input 1反商输Al6Jrivtrtjnf mpticZ反向椭入ZNon-Lnwiting input D正向轴扎I7Ouipui 2输出1441-bffiM十表2.3 TL082引脚功能其引脚图如下：（见图2.3）首*z +可 OiiifiiiL 2ruiErtang input 2图2.3 TL082引脚图第三章电路的组装与调试31 MultiSim电路图在MultiSim里画出
10、电路图如图3.1,分别测四阶低通滤波器和四阶高通滤波图31四阶带通滤波器仿真电路图3.2 MultiSim仿真分析3.2.1四阶低通滤波器通过仿真在增益下降3dB时截止频率为1.998kHz。如图321图3.2.1四阶低通滤波器幅频响应3.2.2四阶高通滤波器通过仿真在增益下降3dB时截止频率为993.639Hz。如图322图3.2.2四阶高通滤波器幅频响应3.2.3总电路图(见图3.2.3)通过仿真在增益下降3dB时截止频率分别为987.46Hz、1.994kHz。如图3.2.3(a)(b)图3.2.3(a)四阶带通滤波器幅频响应图3.2.3(b)四阶带通滤波器幅频响应3.3实际测试结果测试
11、是在面包板上搭好电路，示波器用的是TDS1002型号测试，输入信号是正弦信号，Vpp 2V，数据如表3.3。fi / kHz0.100.200.400.600.800.900.101.101.201.40vo / V0.040.050.080.250.640.921.221.421.581.73f / kHz1.601.801.902.002.102.202.402.602.802.90vo / V1.771.691.611.541.421.301.000.830.630.46表3.3有源带通滤波器实际测试结果数据分析：通过数据可以看出输出电压存在衰减，但输出信号大致和仿真时图形 一致。存在的
12、误差主要来于所使用的元件参数不是理论计算出来的值，同时也存 在仪器误差，和人为误差。但都在误差允许范围内，所以本电路是可以使用的。章设计总结本次课程设计由于是个人独立选定课题，所以在此过程的开始时基本上所有 人都在自己独立思考，同时又由于设计所采用的仿真软件Multisim和制板软件 DXP2004在此之前基本不是很熟悉，因此本次课程设计的前期多半是在摸索中 前进，当然付出中会有收获，本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的东西, 增加了我的自信心，同时也加强了自己的动手能力，当我看到由我自己设计的东 西由想法变成实物时，我的心里充满了成功的喜悦感。附录I元件清单电阻个数电容（瓷片）个数电解电容个数1.24K13.3nF26.8uF23K17.5nF14.64K133nF67.87K147nF19.31K20.1uF211K119
