1、模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：音頻信號(hào)有源濾波電路設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)：2011146211班級(jí): 11光信目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2二、方案設(shè)計(jì)3三、電路設(shè)計(jì)4四、電路原理圖7五、軟件仿真結(jié)果及分析7六、實(shí)驗(yàn)心得10一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.設(shè)計(jì)目的模擬電路課程設(shè)計(jì)是模擬電子技術(shù)課程重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過(guò)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行某一個(gè)或兩個(gè)課題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試來(lái)完成的。通過(guò)模擬電路課設(shè)要求學(xué)生：1、 根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，從穩(wěn)定可靠、使用方便、高性能價(jià)格比出發(fā)來(lái)選擇方案，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的各種電子器件和電子線(xiàn)路知識(shí)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能電路。2、 通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)

2、資料，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 3、 了解常用電子器件的類(lèi)型和特性，并掌握合理選用的原則。4、 進(jìn)一步熟悉電子儀器的使用方法。5、 學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。6、 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。1.2.設(shè)計(jì)任務(wù) 音頻信號(hào)有源濾波電路設(shè)計(jì)1.3.課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)1音頻信號(hào)的頻率范圍：;2濾波電路在的頻率響應(yīng)在范圍內(nèi)；在之間，濾波電路的幅頻衰減應(yīng)在時(shí)值得范圍內(nèi)；3在時(shí)幅頻衰減為，在時(shí)幅頻衰減大于。二、方案設(shè)計(jì)2.1 帶通濾波電路構(gòu)成示意圖圖1 帶通濾波電路構(gòu)成的原理框圖 低通截止角頻率高通截止角頻率必須滿(mǎn)足圖2 帶通濾波電路理想的幅頻響應(yīng)2.2 音頻信號(hào)有源

3、濾波電路設(shè)計(jì)的總方案 這是一個(gè)通帶頻率范圍約為的帶通濾波電路，在帶通內(nèi)我們?cè)O(shè)計(jì)為單位增益。根據(jù)題意，在頻率低端f=時(shí)，幅頻響應(yīng)至少衰減，在頻率高端f=時(shí)，幅頻響應(yīng)要求衰減不小于。因此可選擇一個(gè)二階低通濾波電路的截止頻率 f H=10 kHz，一個(gè)二階高通濾波電路的截止頻率f L=100 Hz，有源器件采用運(yùn)算放大器COMPARATOR3T-VIRTUAL，將這兩個(gè)濾波電路串聯(lián)就構(gòu)成了所要求的帶通濾波電路。三、電路設(shè)計(jì)3.1音頻信號(hào)有源濾波電路的工作原理濾波電路是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。工程上常用它來(lái)作信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。以往這種濾波電路主要采用無(wú)源

4、元件R、L和C組成，20世紀(jì)60年代以來(lái)，集成運(yùn)放獲得了很大的發(fā)展，由它和R、C組成的有源濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕等特點(diǎn)。此外，由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗均高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。對(duì)于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過(guò)的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍定義為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。理想濾波電路在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線(xiàn)性的相位響應(yīng)，而在阻帶內(nèi)幅度衰減到零。按照通帶和阻帶的相互位置不同，濾波電路通常可以分為以下幾類(lèi)：低通濾波電路、高通濾波電路、帶通濾波電路和帶阻濾波電路。一階濾波電路的濾波效果還

5、不夠好，它的衰減率只是-20dB/十倍頻程。若要求響應(yīng)曲線(xiàn)-40dB/十倍頻程或-60dB/十倍頻程的斜率變化，則需采用二階、三階的濾波電路。實(shí)際上，高于二階的濾波電路都可以由一階或者二階有源濾波電路構(gòu)成。以根據(jù)本題的要求，我們選擇一個(gè)由截止頻率fH=10 kHz的二階低通濾波電路和截止頻率fL=100 Hz二階高通濾波電路串聯(lián)所構(gòu)成的帶通濾波電路。3.2電路元件參數(shù)選擇和計(jì)算有源低通濾波電路的傳遞函數(shù)為 其中，特征角頻率（3dB截止角頻率），等效品質(zhì)因素。有源高通濾波電路的傳遞函數(shù)為 其中，特征角頻率（3dB截止角頻率），等效品質(zhì)因素 。由表1可找到二階巴特沃思濾波器的A VF1=1.586

6、，因此，由兩級(jí)串聯(lián)的帶通濾波電路的通帶電壓增益（A VF1）2=(1.586)2=2.515,由于所需要的通帶增益為0dB，因此在低通濾波器輸入部分加了一個(gè)由電阻R1、R2組成的分壓器。表1 巴特沃思低通、高通電路階數(shù)n與增益G之關(guān)系階數(shù)n2468增益G一級(jí)1.5861.1521.0681.038二級(jí)2.2351.5861.337三級(jí)2.4831.889四級(jí)2.610 在選用元件時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮由于原件參數(shù)值誤差對(duì)傳遞函數(shù)存在影響。現(xiàn)規(guī)定選擇電阻值的容差為1，電容值的容差為5%。由于每一電路包含若干電阻器和兩個(gè)電容器，預(yù)計(jì)實(shí)際截止頻率可能存在較大誤差，為確保在100kHz和10kHz處的衰減不大于

7、3dB。現(xiàn)以額定截止頻率90Hz和11kHz進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)放電路中的電阻不宜選擇過(guò)大或過(guò)小，一般為幾千歐至幾十千歐較合適。因此，選擇低通級(jí)電路的電容值為1000pF，高通級(jí)電路的電容值為0.1uF。對(duì)于低通級(jí)，由于已知C=1000pF和f H=11 kHz,根據(jù)式子 ，得，現(xiàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值R3=14.0k。對(duì)于高通級(jí)，由于已知C=0.1uF和fL=90 Hz，根據(jù)式子，得,現(xiàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值R7= R8=18k。考慮到已知AVF1=1.586，同時(shí)要盡量使運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端對(duì)地的直流電阻基本相等，現(xiàn)選擇R5=68k，R10=82k。因?yàn)橥啾壤糯箅娐返脑鲆婢褪峭◣щ妷涸鲆妫碅0=AVF

8、=1+(AVF-1)R1/R1，所以R4=（AVF1-1）R5=39.8 k，R9=（AVF1-1）R10=48 k，其容差為1%。信號(hào)源V1通過(guò)R1和R2進(jìn)行衰減，它的戴維寧電阻是R1和R2并聯(lián)值，這個(gè)電阻應(yīng)當(dāng)?shù)扔诘屯?jí)電阻R3。因此有 (3.2.1)由于整個(gè)濾波電路通帶增益是電壓分壓器比值和濾波器部分增益的乘積，且應(yīng)等于單位增益，故有 (3.2.1)聯(lián)解式(3.2.1)和 (3.2.2)，并選擇容差為1%的額定電阻值，得R1=35.7 k和R2=23.2 k。四、電路原理圖圖3 帶通濾波器電路五、軟件仿真結(jié)果及分析 為確保電路參數(shù)滿(mǎn)足技術(shù)要求，隨機(jī)地對(duì)電路原理圖3電路元件參數(shù)選擇3組，用M

9、ultisim 10仿真軟件進(jìn)行仿真，畫(huà)出帶通濾波電路幅頻響應(yīng)波特圖。6.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)測(cè)電路波特圖形實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）信號(hào)通過(guò)頻率f范圍約為89Hz11.2kHz; (2) 濾波電路在1kHz的幅頻響應(yīng)為-0.088dB,在100Hz至10kHz濾波電路的幅頻響應(yīng)分別為1kHz時(shí)值的-2dB和-2.2dB; (3) 在10Hz時(shí)幅頻響應(yīng)衰減為38dB,而在100kHz時(shí)幅頻衰減為38dB。圖4 帶通濾波幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)6.2 改進(jìn)措施增大R7和R8的值可以使電路在10Hz時(shí)幅頻響應(yīng)衰減為26dB。當(dāng)R7=R8=36改進(jìn)后的帶通濾波幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)如下：圖5 改進(jìn)后的帶通濾波幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)6.3 誤差分

10、析（1） 實(shí)驗(yàn)中所用的元器件均有誤差，電路的實(shí)際參數(shù)與實(shí)際不嚴(yán)格相等，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了部分偏差。（2） 實(shí)驗(yàn)中所使用的運(yùn)算放大器并非理想的放大器，不可能達(dá)到理想運(yùn)算放大器的虛短和虛段的條件，因此輸出不可能達(dá)到理想值，會(huì)帶來(lái)部分偏差。（3） 實(shí)驗(yàn)中環(huán)境因素的改變，如儀器發(fā)熱等對(duì)電阻值的影響會(huì)帶來(lái)一定的誤差。（4） 實(shí)際使用的元件，可能有部分實(shí)際已有元件中并無(wú)此參數(shù)，如電阻采用近似的電阻代替會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)部分偏差。六、實(shí)驗(yàn)心得課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，回顧起此次模擬電路課程設(shè)

11、計(jì)，我仍感慨頗多。模擬電路的課程設(shè)計(jì)是我大學(xué)的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)，對(duì)于我個(gè)人來(lái)說(shuō)意義重大。在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)查找相關(guān)書(shū)籍和資料，我增長(zhǎng)了不少相關(guān)知識(shí)。閱讀相關(guān)書(shū)籍之后，確定電路的模型，通過(guò)演算，得出各類(lèi)元件的參數(shù)，驗(yàn)算求證。運(yùn)用Multisim 10仿真軟件繪制相應(yīng)的電路圖，對(duì)計(jì)算出的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。反復(fù)推導(dǎo)，使參數(shù)更加符合要求。對(duì)Multisim 10仿真軟件在本專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)，可以在以后的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和專(zhuān)業(yè)課程上用它來(lái)解決很多問(wèn)題，更好的掌握Multisim 10仿真軟件的使用方法和技巧，對(duì)以后的學(xué)習(xí)生活有很大的幫助。從拿到課題到定稿，從理論到實(shí)踐，在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)