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二阶有源低通滤波器设计.doc

发布时间：2022-06-12 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.11M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1. 绪论
    从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。为了提高无源滤波器
    2 实习的主要内容
    3 设计作品名称（或课题）
    3.1电路设计原理图：
    （一）有源二阶低通滤波电路
    其归一化的传输函数：
    其中： ，
    3.2 仿真和性能测试与分析：
    4 心得体会：
    5存在的不足及建议：
    6 参考文献：
    摘要： 我课程设计的课题是二阶有源低通滤波器。首先，根据老师给定的课程设计的任务和要求，选 定一款集成运算放大器，再根据技术要求选择其它元器件，设计出外围电路，并设计出整体电路的 电路图及其各元件的参数，同时要给出其工作原理；第二步，对设计出的电路图进行仿真。通过仿 真软件 Multisim 对所设计的电路的进行瞬态分析测试和交流扫描以及其它必要仿真，并进行分析， 确定电路设计的正确性和可行性；最后, 第三步把仿真结果与理论指标进行对比分析，并对设计成 果作出评价. 关键词： 滤波器、二阶有源低通 感量，这就必然增加电感元件的体积，重量与成本。这种矛盾在低频时尤为突出。为了解决这 一矛盾，五十年代有人提出用由电阻、电容与晶体管组成的有源网络替代电感元件，由此产生了用 有源元件和无源元件(一般是 R 和 C)共同组成的电滤波器，称为有源滤波器。六十年代末由分立元 件组成的有源滤波器得到应用。七十年代以来，由薄膜电容、薄膜电阻和硅集成电路运算放大器构 成的薄膜混合集成电路提供了大量质优价廉的小型和微型有源 RC 滤波器。集成电路技术的出现和迅 速发展给有源滤波器赋予巨大的生命力。集成电路有源滤波器不但从根本上克服了 R、L、C 无源滤 波器在低频时存在的体积和重量上的严重问题，而且成本低、质量可靠及寄生影响小。和无源滤波 器相比，它的设计和调整过程较简便，此外还能提供增益。当然，有源滤波器也有如下缺点： 1．由于有源元件固有的带宽限制，使绝大多数有源滤波器仅限于音频范围(f≤20KHZ)内应用， 而无源滤波器没有这种上界频率限制，适用的频率范围可高达 500MHZ。 2．生产工艺和环境变化所造成的元件偏差对有源滤波器的影响较大。 3．有源元件要消耗功率。 尽管如此，在声频(f≤4KHZ)范围内有源滤波器在经济和性能上要比无源滤波器优越得多，因此在世 界各国先进的电话通信系统中得到极其广泛的应用。 ~1~
    目录 1 绪论 .............................................................................. 4 2 实习的主要内容 .................................................................... 5 3 设计作品名称（或课题）： ........................................................... 6 3.1 电路设计原理图： ............................................................... 7 3.2 真和性能测试与分析： .......................................................... 8 4 心得体会： ........................................................................ 8 5 存在的不足及建议： ................................................................. 9 6 参考文献： ........................................................................ 9 ~2~
    1. 绪论 从上世纪二十年代至六十年代，电滤波器主要由无源元件 R、L、C 构成，称为无源滤波器。为了提 高无源滤波器的质量，要求所用的电感元件具有较高的品质因数 QL，但同时又要求有一定的电 2 实习的主要内容 08 级模拟电子技术课程设计任务书 课题名称 二阶有源低通滤波器 1、选题范围： 1.1 直流稳压电源类：串联稳压、三端稳压等。 1.2 信号源（振荡器）类： 设 1.3 放大器类（低频、中频、高频、音频、甲类、乙类、丙类等）： 计 晶体管类、集成运算类等； 内 1.4 滤波器类（有源、无源）：高通、低通、带通、带阻； 容 （对信号处理方式：调幅、调频、鉴频、鉴相、微分、积分、检波等） 及 1.5 也可通过各种模拟 IC 的典型应用电路设计； 要 2、设计要求： 求 2.1 设计方法、参数、计算步骤、公式和基本原理说明； 2.2 电路必须通过 multisim 软件仿真验证； 2.3 有相关参数测试数据或波形分析说明。 设 计 工 作 量 进 度 安 排 1、祥见课程设计指导书 2、课程设计提交的资料： 2.1 课程设计说明书打印稿及电子文档； 2.2 设计电路仿真源文件； 起止日期（或时间） 设计内容（或预期目标） 备注 2010 年 12 月 27 日— 31 日 祥见课程设计指导书 ~3~
    教研室 意见 年 月 日 系（部）主 管领导意见 年 月 日 3 设计作品名称（或课题） 二阶有源低通滤波器 3.1 电路设计原理图： 在本次试验中设计一个有源低通滤波器，截止频率 fC=1kHz,通带电压放大倍数：Auo=2,在 f = 10fc 时，要求幅度衰减大于 30dB 。 图 1 二阶有源低通滤波器原理图 （一）有源二阶低通滤波电路 1．压控电压源二阶低通滤波电路 电路如图 1 所示。其传输函数为： )( sA u  A uo 1 RRCC 1 1 2 2 2 s     1 CR 1 1  1 CR 1 2 1(  A uo ) 1 CR 2 2   s  1 RRCC 1 1 2  2 s  2 A  c uo  s c  Q 2  c 2 其归一化的传输函数： ( sA u L )  A uo 1 s Q  1 L s 2 L  其中： s L  s  c ，Q 为品质因数 ~4~
    通带内的电压放大倍数： Auo 1  R 4 R 3 滤波器的截止角频率：  c  1 CCRR 1 1 2  2 f  c 2 1  c CRQ 1  1  1 CR 1 2 1(  A uo 1) CR 2 2 为了减少输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使： 联立求解，可得： R 1  R 2  R 3 // R 4 将上述方程与 Auo 1  R 4 R 3 R 4  ( RA 1 f  R 2 ) R 3  R fA 4  1 为了使运放输入端对地电阻平衡,在求解电路参数时,还要外加一个等式 R1+R2=R3//R。若在 给定有源二阶低通滤波器的截止频率为 fc=2kHz，电压增益为 Av=2，品质因素为 Q=0.707 的情 况 下，选择集成运放的型号为μA741，并取电容 C =0.01μF，然后将 C=0.01μF，Q=0.707，Av=2，Fc=2kHz 已知条件代入上述求出的性能参数方 程和 R1+R2=R3//R4，表达式就构成了四元三次方程组。解该方程组得电路参数为 R1=5.63K Ω,R2=11.25KΩ R3=R4=33.76KΩ，C1=C=0.01μF ~5~
    3.2 仿真和性能测试与分析： 在 Multisim9 软件下仿真的波形图： 图 2 输入输出信号波形 幅频特性曲线： 图 3 幅频特性曲线 本次试验要求的截止频率 fC=1kHz，在 f = 10fc 时，要求幅度衰减大于 30dB，根据仿真的数据 可知基本上符合。 ~6~
    4 心得体会： 这次的模拟电子基础课程设计，我们完成了从设计到制作的完整过程，在这期间学到了很多 关于模电理论和实践方面的知识，受益匪浅。虽然遇到了很多困难，但我也深深的体会到了其中 的乐趣，它也让我对模电的知识有了更切身的理解。 我们制作的是在书上出现过的，但是要通过我们所学的知识完全自行思考和设计出电路。在 查找了许多有关方面的资料，以及观察分析了许多集成运算放大器后，我们最终设计出了自己的 电路。期间我发现我们所学的理论与实际还是有很大的区别的，于是我们通过理论联系实际，最 后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。之后我们又对电 路图进行了仿真。 在使用 Multisim 仿真的过程中，我们第一步是绘制滤波器的原理图，接着根据计算的结果设 置元件的各种参数，最后就要应用 Multisim 的仿真功能观察了电路交流扫描分析等各种仿真分析， 得出了相应的仿真图形。通过理论与结果的比较，我们对电路元件参数进行了相应的修改，最后 得到了较为合理的原理图。 短暂几天的课设，让我深切的体会到模电这门课程的作用和意义,并且对其有了更深的理解, 对于我们以后的实践有着极大的作用。另外，通过这次课设让我们进一步的了解到了仿真软件的 重要作用。这次课设不论是在理论知识还是在具体实践都有了极大的提高。 在以后的学习中，我们会不断的摸索，不断实践，更好的利用各种手段帮助我们提高，使我们 更好的理解所学的知识，弥补实践的不足，由理论联系到实际，深入了解科学的奥秘，真正的把知 识吸收为自己的东西，以达到学以致用的目的。 5 存在的不足及建议： 在本次试验中感触很大，特别是在机房试验时，电脑比较少，而且第二天去的时候很多电脑都 坏掉了，可能主要是同学们的给弄坏的，所以觉得我们的素质还有待提高。 6 参考文献： 模拟电子技术基础（第四版）童诗白 高等教育出版社 RC 有源滤波器（专题译丛）天津邮政 ~7~
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