二階高通濾波器-模電課設報告要點

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1、去?去I室土號 課程設計說明書 課程設計名稱： 模擬電路課程設計 課程設計題目：二階高通濾波器 學院名稱： 南昌航空大學信息工程學院 專業(yè)： 通信工程 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 2013年 3 月 12 日 去/若I空士號 模擬電路 課程設計任務書 2012 —2013學年第2學期 第 1周一 3周 題目 二階高通濾波器的設計 內容及要求 ① 分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋二種方法設計電路； ②截止頻率fc=100Hz; ③增益Av =5; 進度安排 第1周：查閱資料，到機房學習仿真軟件，確定方案，完成原理圖設計及仿真； 第2周：領元

2、器件、儀器設備，制作、焊接、調試電路，完成系統(tǒng)的設計； 第3周：檢查設計結果、撰寫課設報告。 學生姓名： 指導時間：周一、周三、周四卜午 指導地點：E樓311室 任務下達 2013年2月25日 任務完成 2013年3月15日 考核方式 1.評閱回 2. 答辯口 3. 實際操作必 4.其它口  指導教師 系（部）主任 濾波電路是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝 置。高通濾波電路理論上帶寬 BW為無窮，但實際上，由于受有源器件和外接 元件以及雜散參數(shù)的影響，帶寬受到限制，高通濾波電路帶寬也是有限的。 任何 高階濾波器都可以用較低階的濾

3、波器組合實現(xiàn)， 再由放大器電路構成。用具有巴 特沃斯響應的濾波器實現(xiàn)。通常用壓控電壓源和無限增益多路反饋兩種方法。先 可用模擬軟件模擬，再焊接，測量。 關鍵字：二階濾波高通放大 前 言 2 第一章設計過程 3 1.1 設計原理 3 1.2 設計方案 4 1.2.1 壓控電壓源二階高通濾波器 4 1.2.2 無限增益多路反饋二階高通濾波器 5 1.3 參數(shù)設計 6 1.3.1 壓控電壓源二階高通濾波器參數(shù)設計 6 1.3.2 無限增益多路反饋二階高通濾波器的參數(shù)設計 6 第二章仿真、焊接和調試 7 2.1 仿真 7 2.1.1 壓控電壓源二

4、階高通濾波器 7 2.1.2 無限增益多路反饋二階高通濾波器 9 2.2 焊接 11 2.3 調試 11 2.4 性能測試與分析 11 第三章實驗結論 12 參考文獻 13 元器件清單 14 集成運放管腳 15 17 隨著社會文明的進步和科學技術的發(fā)展， 先進的電子技術在各個近代學科門 類和技術領域中占有不可或缺的核心地位。在這個多元化科學信息時代，信號的 處理尤為重要，所以，在近代電信設備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應用極為廣泛， 在所有的電子部件中，使用最多，技術最為復雜的要算濾波器了。 對濾波器的研 究和生產歷來為各國所重視。 1917年美國和

5、德國科學家分別發(fā)明了 LC濾波器，次年導致了美國第一個 多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn)。20世紀50年代無源濾波器日趨成熟。自60年代起由于 計算機技術、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝 著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、 多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導致RC有源濾波器、 數(shù)字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到 70年 代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應用。 80年代，致力 于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴大應用范圍。 90年代至現(xiàn)在 主要致力于把各類濾波器應用

6、于各類產品的開發(fā)和研制。 當然，對濾波器本身的 研究仍在不斷進行。 此次課程設計要求設計二階高通濾波器， 是以電工電子技術的基本理論為基 礎，并通過查閱手冊和參考文獻資料，綜合運用電子技術課程中所學的理論知 識，和組員共同合作完成設計的。 第一章設計過程 1.1 設計原理 具有理想的幅頻特性的濾波器是很難實現(xiàn)的， 只能用實際的濾波器的濾波器 去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦響應和切比雪夫等波動響 應。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性就越差，反之亦然。濾波器 的階數(shù)n越高，幅頻特性衰減白速率就越快。但 RC網絡節(jié)數(shù)越多

7、，元件計算越 繁瑣，電路調試越困難。因為任何高階濾波器都可以用較低階的濾波器級聯(lián)實現(xiàn)， 故本課題主要設計具有巴特沃斯響應的二階高通濾波器。二階高通濾波器的傳輸 函數(shù)是： A u s = Aup s ? sRC 2 1 (3 - Aup )sRC (sRC)2 實現(xiàn)該傳輸函數(shù)的電路有電壓控制電壓源( VCVS電路和無限增益多路反 饋(MFB)電路。 1.2 設計方案 1.2.1 壓控電壓源二階高通濾波器 圖1.2.1所示為壓控電壓源電路，其中運算放大器為同相輸入接法，因此濾 波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當于一個電壓源，故稱這種電路 為電壓控制電壓源電路。具優(yōu)點是

8、電路性能穩(wěn)定，增益容易調節(jié)。 圖 1.2.1 電路中既引入 了負反饋，又引入了正反饋。當信號頻率趨于零時，負反饋 很弱；當信號頻率趨于無窮大時，由于 RC的電抗很大，因而Up(s)趨于零。所 以，只要正反饋引入得當，就既可能在f=f0時使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大， 又不 會因負反饋過強而產生自激振蕩。同相輸入端電位控制由集成運放和 R1、R2 組成的電壓源，故稱壓控電壓源濾波電路。同時該電路具有源減少、增益穩(wěn)定、 頻率范圍寬等優(yōu)點。電路中 G R構成反饋網絡。 1.2.2 無限增益多路反饋二階高通濾波器 與壓控電壓源高通濾波電路類似，無限增益多路反饋濾波電路也是通 過增加RC環(huán)

9、節(jié)，使得濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率值加大，電路圖如圖 1.2.2所示。在無限增益多路反饋電路忠，運算放大器為反向輸入接法，由于放 大器的開環(huán)增益為無限大，反向輸入端可以視為虛地，輸出端通過 C3 R2的連 接，改善f0附近的頻率特性，形成兩條反饋支路，實現(xiàn)的一路反饋的效果， 故稱這種電路為無限增益多路反饋電路， 具優(yōu)點是電路有倒相作用，使用元件較 少，但增益調節(jié)不太方便，對其他性能參數(shù)有一定的影響，其應用范圍比壓控電 壓源電路要小。 Ui Uo 圖 1.2.2 1.3 參數(shù)設計 1.3.1 壓控電壓源二階高通濾波器參數(shù)設計 Ui （注：兩電

10、容相同，接地的 R為R3 ） 壓控電壓源 反饋增益為Au=1+Rf/R1 , R1取1k則Rf取4k。增益為5。 1 電谷 C1=C2=0.1uf,由 f0 = , R2=30K, R3 （接地）=9K 2 二 RC 1.3.2無限增益多路反饋二階高通濾波器的參數(shù)設計 0 無限增益多路反饋 增益 Au=—C1/C3,取 C1 為 0.1uf,則 C3 為 0.022uf。 查閱《電子線路設計實驗測試》中“二階高通濾波器（巴特沃斯響應）設計表” 可選 R1=10.23K, R2=123.79K。 實際R1取10kR2取120k 第二章仿真、焊接和

11、調試 2.1 仿真 2.1.1 壓控電壓源二階高通濾波器 根據設計電路圖及其參數(shù)進行 Multism仿真調試，結果如下 電路圖 輸入波振幅為1V,頻率為200Hz )B壓技宅正解」 T- l*+J T3反包 T1-T1 時同 0.000 E 0.000 5 O.QOD s o.ooov 0.000 O.OOD V 辿道一審 反向 外育蟋 保存 時基 通逼” 通逼R 環(huán)度：SOriH咫iv 到度： 5 丫刖 刻度：5叱 蝌：回％聞 X輪位心陽)：0 丫軸位若郵：0 丫軸位者陶：0 玳平：U V ［中1翌加|［昭|；

12、砥］ 1x^1 D 1更急 1交流.口 h自設il ? 1 中次J工也 自動昆 輸出如下 2.1.2 無限增益多路反饋二階高通濾波器 電路圖 XS4Z2 XSC1 輸入振幅為1V,頻率為260Hz 輸出如下 截止頻率為92.69Hz

13、 2.2 焊接 仿真符合要求后，選取合適的元器件進行安裝焊接。在焊接前需進行整體布 局的構思，是元器件分布合理、整體上更加美觀，并且焊接注意先矮后高、先小 后大、先焊接耐焊等等。在這次焊接過程中，排布好元器件后應當先焊接電阻再 焊接電容和芯片插槽。在布線時應盡量使電源線和地線靠近實驗電路板的周邊， 以起一定的屏蔽作用，而且方便進行調試。止匕外，焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、 漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能耐高溫，電烙鐵不能停留太久。

14、2.3 調試 仔細檢查安裝好的電路，確定元件與導線連接無誤后，接通信號源進行調試。 保持輸入電壓振幅不變，慢慢由小到大改變輸入頻率，觀察截止頻率。高通濾波 器應觀測其截止頻率是否滿足設計要求，若不滿足設計要求，應根據有關的公式， 確定應調整哪一個元件才能使截止頻率既能達到設計要求又不會對其他指標參 數(shù)產生影響。然后觀測電壓放大倍數(shù)是否滿足設計要求， 若達不到要求，應根據 相關的公式調整有關的元件，使其達到設計要求。 2.4 性能測試與分析 壓控電壓源： 要求增益5仿真增益5實驗測得5.3 無限增益反饋： 要求增益5仿真增益4.9實驗測得4.3 誤差分析： (1)電阻的標稱值與

15、真實值之間存在誤差 (2)測量儀器的誤差，主要是示波器的量化誤差 (3)系統(tǒng)誤差，主要是測量儀器內阻的影響，導致儀器的讀數(shù)值與電路的 真實值之間存在誤差。 (4)電源電壓輸出值與真實值之間存在誤差 (5)示波器及函數(shù)信號發(fā)生器抗干擾能力差，產生誤差。 第三章實驗結論 通過分析設計任務，本實驗采用兩種設計方案來設計有源二階高通濾波器。 一種是有一個簡單的二階高通濾波器，將其接地的電容 C1端接到集成運放的輸 出端構成的壓控電壓源二階高通濾波電路；另一種是通過 Rf改變簡單的二階高 通濾波器的連接，改善fo附近的頻率特性，就構成了無限增益多路反饋電路。 此次課程設計是基于一階高通

16、濾波器，通過 RC網絡，加大幅頻特性衰減斜率， 是幅頻特性曲線更趨于理想化，從而提高濾波效果。 參考文獻 [1]康華，模擬電子技術基礎[M],武漢：高等教育出版社2005.7 [2]舒慶瑩，凌玲.模擬電子技術基礎實驗[M],武漢：武漢理工大學出版社2008.2 [3]童詩白，模擬電子技術基礎（第五版）[M],北京：高等教育出版社2005 [4]徐國華，電子技能實訓教程[M],北京：北京航空航天大學出版社2006 附錄一 元器件清單 元件名稱 元件參數(shù) 元件數(shù)量 -H- UL 心片 LM324 1 uA741 1 電阻 20K 4 10K 3 5.1K 1 3K 2 200 1 電容 0.1uF 2 0.022uF 1 附錄二 集成運放管腳 輸出1 輸入2 亙I to] 12 管腳連接圖 輸出2 [7 （俯視圖） 叵 ~3~ Gnd 輸入3