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1、电子工艺课程设计一中频信号 滤波放大整形及移相电路设计沈阳航空航天大学课程设计（说明书）中频信号滤波放大整形及移相电路设计班级 / 学号 14070102 / 1052学生姓名赫婷婷指导教师赵鑫沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称电子技术综合课程设计课程设计题目中频信号滤波放大整形及移相电路设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个高通滤波放大、整形和移相电路。实际工作中输入信号一般由传感器产 生，本次设计采用函数发生器给出。输出信号要求整形为是方波信号，以便 CPU 的 后续信号釆集和处理。滤波放大电路建议釆用TI公司的FilterPro,这是一款很好的 滤波器设计软件。整形
2、电路建议采用施密特触发器。移相电路自己选择方案。技术指标如下： 高通滤波器设计参数：通带增益Ao=25db,通带频率fc=200kHz,通带增益纹 波Rp=1db,截止带频率fs=200k Hz,截止带衰减-10dB。 设计一个整形电路，将滤波后的信号整形为方波。 设计一个200kHz方波信号移相电路，相移范围：0-180。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。 2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英
3、主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006 年五、按照要求撰写课程设计报告成绩 指导教师 日期一、概述实际中的用途：本设计在实际中主要用于对中频信号进行整形，滤波，放大及移 相。生活中我们所接收到的信号，它并不是可以被我们直接观察和分析的，而是只有 在通过一定的电路使之进行放大、滤波、整形输出以后，才可以变成是让我们可以进 行分析和观察的处于稳定状态的信号。所以说对于一般的信号，必须经过有整流电路、 滤波电路、放大电路组成的功能模块以后才会变成是对人类观察研究有益的信号。设计思路：一、设计滤波放大电路并进行仿真，观察波形是否满足要求。二、运 用555芯片构成的施密特触发器进行整形，通
4、过调试得到方波。三、设计移相电路， 采用分频器分频，后运用双D触发器做移位寄存器进行移位。基本原理：运用高通滤波器对中频信号进行滤波，将不符合要求的信号滤掉，将 符合频率的信号进行放大，后用施密特触发器整形成方波，最后在进行分频移相。设计方法：信号的滤波和放大部分是通过FilterPro软件得出，信号的整形部分是 通过斯密特触发器进行整形完成的，移位采用分频后 D 触发器移位。报告组成：封面，任务书，报告三大部分。其中报告分为概述，方案论证，电路 设计，性能的测试，结论，性价比，课设体会及合理话建议，参考文献九部分组成。本实验最终实现了设计初的目的，对中频信号放大滤波，并通过斯密特触发器将 输
5、出的波形整形成方波，最后对200kHZ方波进行0-180移相。二、方案论证主要设计方案就是一个可以将中频正弦信号放大滤波后转换为方波信号的电路， 并对方波进行 0-180移相。电路设计总方案：用滤波放大电路把固定频段的中频信号过滤出来并进行放大， 再通过 555芯片构成的施密特触发器使信号整形为方波信号，最后进行方波 0-180 移相。555构成的施密特电路连接简单且性价比高；运用 D 触发器进行移相，波形失 真较小且电路复杂度一般。原理框图如图 1 所示。基本方案：把信号发生器产生的中频正弦信号经过滤波电路过滤，只留下需要的 信号。根据设计要求过滤掉不符合设计要求的信号需要设计一个高通滤波放
6、大电路， 根据参数通带增益Ao=25db，通带频率fc=200kHz，截止带频率fs=200k Hz。这样设 计出来的电路就可以过滤出所要求的中频信号，且频率不变，符合要求。接下来是由555芯片组成的施密特触发器，滤波电路之后的信号进入到施密特触发电路，可以将 正弦波转化为同频率的方波。最后是移相电路，首先用分频器将二倍整形后方波的频 率进行分频，将其作为D触发器的时钟信号，控制200kHZ方波移相。设计基础：555 芯片，便于连接，操作简单，引脚较少排列连接便于记忆，并且 在数字电子课上接触过。TI公司的FilterPro,这是一款很好的滤波器设计软件。通 过这些参数设计出需要的电路，其中所
7、用的电阻的阻值和电容的容抗都会在软件设计 的电路中体现出来。最后将设计出的电路图由Multisim软件进行仿真，前面加上函 数信号发生器，后面加上由 555 电路搭成的施密特触发电路，最后加上设计好的移相 电路，这样，仿真电路就完成了。此电路可以将信号发生器的信号过滤放大整形成同 频率的方波信号，并可以移相。有仿真结果知：可以实现预期的要求，但存在一定误 差。科学性：本次电路的主要设计是通过F订terPro软件实现的，这款软件是稳定的, 因此具备科学性；可行性：本电路的大部分参数都是通过软件得出的，一部分数据是 通过自己的反复调试得出的，参数环境符合要求，具备可行性；有效性：本电路由五 部分组
8、成，第一部分发射信号，第二部分对信号进行过滤放大，第三部分对信号进行 整形，第四部分对方波进行移相，第五部分滤波器观察波形，满足课设要求。三、电路设计1.放大滤波电路：放大电路选用通带增益Ao=25db，通带频率fc=200kHz，通带增益纹波Rp=1db, 截止带频率fs=200k Hz，截止带衰减-10dB。就可以完成系统对信号滤波放大的要求。 高通滤波放大电路（图 2）：其中左端为输入端，右端为输出端，输入的是模拟信号，输出的也是模拟信号。输入信号为200kHz振幅为100mVp的正弦模拟信号，通过以上公式计算出电路图中元器件的数值，然后在 multisim 环境下仿真，在截止频率为 2
9、00kHz 左右时，截止带衰减-10dB。计算公式：A (s)=u1s 2 +R ( C C22C一 一 S 2Cc2 C 111 + +C C331+C C RR231A s 2uoS 2 + cS+3 2 Q cAA (s ) = uou L1s2 + s + 1L Q L其中：,通带增益：AuoCC13截止角频率：截止频率：fC 二 2唇TRCC1232二 2f：R R C C c1232(C 11 )1+C C丿232. 施密特触发器电路：电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压；与双稳态触发 器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发型”电路，不依赖于边沿陡峭
10、脉冲。利用它在状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。其设计电路图如下（图 3）VCC图 3 施密特触发电路其中THR和TRI接信号的输出端，同时也是施密特触发器的输入端，输入为模拟 信号，OUT端口接输出端，输出的波是数字信号。3. 移相电路：方案一：用RC构成一级移相电路，该电路优点是电路结构简单，缺点是在调节 相位时，移相角度不大于90度，而且波形幅度的幅度发生变化，特别是移相角度不 大于90度不能满足实际需要。RC 一级移相电路（图4）:+ 0图4 RC级移相电路如图为RC滞后型移相网络，A = 2 =1AI* 0，e= - tg t ，
11、其中f =2 f0 2ti RCv10即调节R或C，可以使网络产生0-90的相移。方案二：用RC构成多级移相电路，该电路结构符合移位的需求，可以在0-180。范围内调节相移，但是波形会发生严重衰减。方案三：利用全通滤波电路来构成移相电路，该电路可以在0-180范围内调节相位，且幅度基本不变化。电路图如下（图5）波电路1 - jwRC1 + jwRCIAI=1, -2tg -1 f0其中f=丄02 兀 RC由此可以看出，二阶全通滤波电路可以产生0-180相移。电路复杂程度波形失真度理论可行性方案一简单失真较大可行方案二简单失真较大可行方案三复杂失真较大可行方案四一般失真较小可行RC移相电路构造简
12、单但生成波形会有较大失真。全通滤波电路可以进行在方案四：在分频电路末端使用表器对方移箱方案对比表格0-180范围内调节相位，波形失真较小且幅度基本不变化，但构造复杂。经考虑选 择方案四。 (图6)74161NUa1QA.BQBCQC.DQDENPRCOENTLOADnCLRU:AQA.BQBCQC.DQDENPRCOENTLOAD，ACLR图6分频移相首先将200kHZ的整数倍方波信号输入到十六进制计数器74161进行分频，其时 钟信号的输入频率应远远大于该输入信号的频率，这样才可以准确的分频。为使结果 更精确，则采用三块 74161 元件。通过分频得到的不同频率信号作为时钟信号输入到 D触发
13、器中，由于D触发器属于边沿触发器，则通过不同的时钟信号会发生不同的寄 存移相。四、性能的测试1. 放大滤波电路测试：表 2 滤波放大 电路整体参数通带增益 AO(db)通带频率 fc (kHz)通带增益 Rp (db)截止带频率 fs (kHz)截止带衰减(dB)252001200-10匚=茧PwdbKb-ET Irks* Dp#mpaElaMi 1Gln: 17.7*3 V/ iH dBiEnd Ripplv: 1 dBPMDtard FriMncy FDO krtr Corwrir Fnqunnqr ttanwtrE 72 db波放大电路图7由Filterpr。软件得到的高通滤运用Mult
14、isim 13进行的高通滤波放大电路如下（图8）：图8 高通滤波flft- - JirFs-n dkRp - -rihi 込吃T” I J-cimibc RT 3* |E jBa放大电路200kHz振幅为200mVp的正弦模拟信号，通过上述放大电路后，其输出波特图如下（图9）：+ 出液特测试仪-X日P1水平131114.616 kHz-16.272 dB相位垂直rigiiigri ipiiiI控件L反向保存丨设孟对数线性1GHz1mHz0dB-200dB图 9 200kHz 正弦波波特图观察波特图左下角的数据，说明放大器的设计是正确的。示波器的输出波形如下（图 10）：图10 放大滤波后图像其中正弦波为输入信号的波形，通道A是输入正弦波的波形，通道B是经过整形 放大器输出的波形。2. 整形电路测试： 整形电路图如下（图 11）：放大后正弦波经过整形电路后变为同频率方波如下（图 12）：示渡器rr时间通道o.aoa s0.000 Vs.
