二階有源低通濾波器

課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模擬電路課程設(shè)計課程設(shè)計題目： 二階有源低通濾波器學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程 班級： 090412學(xué)號： 05姓名：吳平評分：教師：彭嵩20 11年04月07日

模擬電路》課程設(shè)計任務(wù)書2010－2011學(xué)年第2學(xué)期第1周－2周題目二階低通濾波器的設(shè)計內(nèi)容及要求分別用壓控電壓源和無限增益多路反饋二種方法設(shè)計電路；截止頻率f=2KHz；c增益AV=2；注：可使用實驗室電源。進度安排布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備：2天；領(lǐng)元器件、制作、焊接：3天調(diào)試：2天驗收：0.5天學(xué)生姓名：吳平指導(dǎo)時間2011年2月21日?2011年3月4日指導(dǎo)地點：E樓610室任務(wù)下達2011年2月21日任務(wù)完成2011年3 月4日考核方式1?評閱口丁 2.答辯口 3.實際操作口丁 4.其它口指導(dǎo)教師彭嵩系（部）主任陳瓊摘要低通濾波器是一種典型的選頻電路，在給定的頻段內(nèi)，理論上它能讓信號無衰減地通過電路，這一段稱為通帶外的其他信號將受到很大的衰減，具有很大衰減的頻段稱為阻帶，通帶與阻帶的交界頻率稱為截止頻率，對濾波器的基本要求是：（1）通帶內(nèi)信號的衰減要小，阻帶內(nèi)信號的衰減要大，由通帶過渡到阻帶的衰減特性陡直上升；（2）通帶內(nèi)的特性阻抗要恒為常數(shù)，以便于阻抗匹配。在制作過程中運用到了multisim這款軟件,用來設(shè)計仿真計算等.經(jīng)過一系列的分析、準備、電路焊接、檢查。本次課題設(shè)計除在美觀方面和結(jié)果不理想（存在誤差）外。本次電路設(shè)計完成了設(shè)計要求。關(guān)鍵字:低通;集成運放;濾波;截止頻率；目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章設(shè)計任務(wù) 5第二章系統(tǒng)組成及工作原理電路圖及仿真效果圖電路一（電壓控電壓源） 6電路二（無限增益多路反饋） 6電路組成及各部分工作原理電路組成 7各部分工作原理第三章電路參數(shù)計算、器件選擇'9截止頻率'9增益Av 10\o"CurrentDocument"第四章實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析 11\o"CurrentDocument"結(jié)論與體會 13\o"CurrentDocument"參考文獻 14附錄一 1516附錄二16第一章設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個低通濾波器能達到以下要求：分別用電壓控電源和無限增益多路反饋兩種方法設(shè)計電路截止頻率fc=2KHz;增益Av=2；電路焊接簡明，清晰；小組成員獨立完成布局設(shè)置，資料搜集，和參數(shù)設(shè)計。在規(guī)定時間內(nèi)合作完成電路的焊接，調(diào)試。最后經(jīng)指導(dǎo)老師檢查，基本能達到設(shè)計要求的效果。第二章系統(tǒng)組成及工作原理電路二（無限增益多路反饋）的電路圖及仿真效果圖_L_V2::::::::::::::::::::::二位劃 FObC1 土他nF—氣INFObC1 土他nF—氣IN-+一9?OUT+_申0XBP1120Vrm&電路組成及各部分工作原理電壓控電壓源電路組成由兩個RC環(huán)節(jié)和同相比例放大電路組成壓控電壓源的基本電路，如上一章電路圖一R1C1和R2C2。由于C1接到集成運放的輸出端，形成正反饋，使電壓放大倍數(shù)在一定程度上受輸出電壓的控制，且輸出電壓近似為恒壓源，所以又稱之為二階壓控電壓源低通濾波器。當(dāng)C1=C2=C時，稱fO=l/2nRC。選擇合適的參數(shù)，就可使得f=fp附近的電壓放大倍數(shù)因正反饋而得到提高，從而使電路更接近于理想低通濾波器。無限增益多路反饋電路組成和壓控電壓源的區(qū)別是：其中運放為反相輸入，輸出端通過盡形成兩條反饋支路，故稱無限增益多路反饋電路。其優(yōu)點是電路有倒相作用，使用元件較少，但增益調(diào)節(jié)對其性能參數(shù)會有影響，故應(yīng)用范比VCVS電路要小。第三章電路參數(shù)計算、器件選擇所用芯片：LM3241.概述與特點LM324是由四個獨立的運算放大器組成的電路。它設(shè)計在較寬的電壓范圍內(nèi)單電源工作，但亦可在雙電源條件下工作。本電路在家用電器上和工業(yè)自動化及光、機、電一體化領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。其特點如下：?具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍；單電源3V~30V，雙電源±1.5V~±15V?內(nèi)含相位校正回路,外圍元件少?消耗電流?。篒cc=0.6mA（典型值，RL=8）?輸入失調(diào)電壓低：±2mV（典型值）?電壓輸出范圍寬：OV~Vcc—1.5V?共模輸入電壓范圍寬：OV~Vcc—1.5V?封裝形式：DIP14有源二階源濾波器電路如上圖，在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號頻率f>>fc時（fc為截止頻率），電路的每級RC電路的相移趨于-90°,兩級RC電路的移相到T80°,電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容c引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號通過，傳輸函數(shù)為：與低通濾波的傳輸函數(shù)的通用表達式：相比，得有源二階低通濾波器性能參數(shù)表達式為為了使運放輸入端對地電阻平衡，在求解電路參數(shù)時，還要外加一個等式Rl+R2=R3//R4。若在給定有源二階低通濾波器的截止頻率為fc=2kHz，電壓增益為Av=2,品質(zhì)因素為Q=0.707的情況下[4],選擇集成運放的型號為LM324,并取電容C=0.01yF，然后將C=0.01yF，Q=0.707,Av=2,fc=2kHz已知條件代入上述求出的性能參數(shù)方程和R1+R2=R3//R4表達式，就構(gòu)成了四元三次方程組，解該方程組，得電路參數(shù)為：R1=5.63KQ（取標(biāo)稱值為5.6KQ+30Q）,R2=11.25KQ（取標(biāo)稱值為11KQ+240Q）,R3=R4=33.76KQ（取標(biāo)稱值為33KQ+7500）,C1=C=0.01yF。無限增益多路反饋的參數(shù)設(shè)計查表可得:設(shè)計一個二階無限增益多路反饋1dB低通濾波器，增益Kp=2,截頻（指紋波之間的終止頻率）fc=2KHz。設(shè)計步驟如下：按上述快速設(shè)計方法得到標(biāo)稱的電容取C=0.01嚇，對應(yīng)的參數(shù)K=2,也可以由式K=100/（fc*C1）=100/（2000*0.01）=5從下表中查出Kp=2時，電容Cl=C=0.01pF,K=1時的電阻值。Rl=2.602KQR2=5.204KQR3=8.839KQ 將上述電阻值除以參數(shù)K=5可得結(jié)果第四章實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析壓控電壓源仿真結(jié)果:

圖12二階有源低通濾波器仿真波形圖（1）無限增益仿真結(jié)果:分析上圖知電路的截止頻率在1815HZ左右，與題目要求稍微有點偏差，這是由于電阻和電容的位置存在偏差及兼顧通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)引起的，在誤差允許的范圍之內(nèi)。由于我們設(shè)計時沒有充分考慮問題，所以所選的RC元器件是一組固定的值，無法調(diào)試，只有一特定選頻的功能！電壓增益Av：

圖13二階有源低通濾波器仿真波形圖(2)所加輸入信號的有效電壓Vi=120mv波形入Channel-A所示;輸出電壓波形入Channel-B所示，其最大電壓約為2.570V,故輸出電壓的有效電壓值Uo=2.570x0.707=1816.99(mv);由以上分析知通帶內(nèi)電壓放大倍數(shù)A0=Uo/Vi=1.897,和題目要求存在極小偏差，在誤差允許的范圍之內(nèi)。綜上所分析得知我組所設(shè)計的二階有源低通濾波器仿真模擬電路圖符合題目要求，是正確的，在頻率f超過2KHz時，波形會有明顯失真，滿足設(shè)計要求。結(jié)論與體會課設(shè)了兩星期，學(xué)習(xí)了兩個星期的。我兩學(xué)會了很多東西，培養(yǎng)了動手能力也為我們以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。特別是讓自己清楚的認識到自己沒有把所學(xué)的知識掌握好，認識到課本中有些東西是要通過自己動手才能真正的體會和吸收及理解。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，才是真正的學(xué)到了本領(lǐng)。通過此次接觸課程設(shè)計，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。還好電路不是好復(fù)雜，基本上自己能解決，有些解決不了的也及時的得到了老師和同學(xué)們的幫助，順利的完成了課程設(shè)計要求。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學(xué)也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）童詩白高等教育出版社.2、RC有源濾波器（專題譯叢）天津郵政.3、王港元.電工電子實踐指導(dǎo)（第二版）.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.4、謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試（第二版）.華中理工大學(xué)出版社，20005、張友漢.電子線路設(shè)計應(yīng)用手冊.福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000.附錄(1)壓控電壓源電路圖IN6?O'n>]幅度dBF廿mHz4.568dB輸入a輸出C21：OnFO