1、 電子技術課程設計報告 2014-2015第二學期北京工業大學電子技術課程設計報告題 目 二階有源帶通濾波器 專 業 電子信息工程 學 號 * 姓 名 XX 指導教師 XXXX 電源濾波器是由電容、電感和電路組成的濾波電路。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。濾波器在通信技術、測量技術、控制系統等領域有著廣泛的應用。由有源器件和電阻、電容構成的濾波器稱為RC 有源濾波器。濾波器的分類很多，根據濾波器對信號頻率選擇通過的區域，可分為低通、高通、帶通和帶阻等四種濾波器；按使用的濾波元件不同，可分為LC 濾波器

2、、RC 濾波器、RLC 濾波器；有源濾波器還分為一階、二階和高階濾波器，階數越高，濾波電路幅頻特性過渡帶內曲線越陡，形狀越接近理想。本實驗設計了二階RC 有源帶通濾波器，并利用Multisim12.0 對實驗進行仿真演示，列出了具體的分析與設計方法。English abstract The power filter is composed of capacitor, inductor and circuit filter circuit. The filter can be outside the power line frequency specific frequency or the f

3、requency of frequency were effectively filter, a specific frequency power signal, or remove a specific frequency power 1signals. Filter in communication technology, measurement technology, control systems and other fields have a wide range of applications. A filter called RC active filter, which is

4、composed of an active device and a resistor and a capacitor. The classification of the filter, according to filter the signal frequency selection through a region can be divided into low pass, high pass, band pass and band stop and other four kinds of filter; according to the different use of the fi

5、lter element can be divided into LC filters, RC filter and RLC filter; active power filter is first order, second order and higher order filter, the higher order, filter circuit amplitude frequency characteristic transition zone curve is steeper, the shape is more close to the ideal.In this experime

6、nt, the two order RC active band pass filter is designed, and the Multisim12.0 is used to carry out the simulation demonstration, and the specific analysis and design method are listed.1模擬電路部分設計 111設計任務與要求112方案比較與確定2 1. 2. 1方案比較2 1. 2. 2元器件及設計圖比較3 1.2.3方案確定.413整體電路設計41. 3. 1總體方案介紹41. 3. 2整體電路設計原理41.

7、 3. 3軟件仿真與測試分析413 .4硬件仿真與測試分析92. 電子技術課程設計總結10參考文獻：11附錄35 1.緒論數字電子技術課程設計是數字電子技術課程的實踐教學環節，是對學生學習數字電子技術的綜合訓練。學生根據某一課題技術指標或邏輯功能的要求，獨立進行電路設計，工程估算，實驗測試與調整，制作（在實驗板上） 電子產品和寫出總結報告。通過這一電路綜合性設計訓練，要達到深化所學的理論知識，培養綜合運用所學知識的能力，掌握一般電路的分析方法，增強獨立分析與解決問題的能力。通過這一綜合訓練培養學生嚴肅認真的工作態度和科學作風，為今后從事電子電路設計和研制電子產品打下初步基礎。一般方法和步驟是選

8、擇總體方案，設計單元電路，選擇元器件，計算參數，審圖，實驗（包括修改測試性能）。畫出總體電路圖。本課程的實際設計選題和具體的電子系統安裝調試完全放開，可以同學自帶或相關導師的有關課題子項目。經過課程設計，學生將大大地擴大電子技術的知識面，極大地提高電子技術的設計能力和應用能力。III電子技術課程設計報告1模擬電路部分設計11設計任務與要求二階有源帶通濾波器的設計、仿真與性能實測。電子線路課程設計是模擬、數字電子技術課程的實踐性教學環節，是對學生學習電子技術的綜合性訓練。這種訓練是通過學生獨立完成某一個或兩個課題的軟、硬件設計，電路的裝配、調試與測試，課題功能的實現，設計報告的撰寫等任務，使學生

9、能夠綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識與實踐相結合，獨立完成課程設計。要求學生學會查閱文獻資料和手冊，了解常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則；熟悉計算機輔助設計的方法，對電子電路進行軟、硬件設計和仿真，培養綜合設計的能力；掌握常用電子儀器的使用方法和電子電路的安裝與調試技能，提高學生的動手能力，綜合實踐能力，獨立分析和解決實際問題的能力。并同時培養學生嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。 具體任務：二階有源帶通濾波器的設計、仿真與性能實測。* 基本內容：根據基本要求完成設計。包括電路形式、元器件參數。進行上機仿真得出幅頻特性、相頻特性。 給出曲線和表格的數據表達方式。寫出設計說

10、明書。* 提高內容：前面提到的其它特性仿真。在指定電路板上，用指定型號的運放器(LM358/LM358/LM741)，按指定的外部引線方式搭接電路供自己調試和實際測評。電路形式，元件參數和內部接線方式不限。*測試評價內容：中心頻率fo=10KHz，以最接近1KHz為最佳。3db帶寬不小于400Hz帶內平整度小于1db矩形系數K=幅度降至0.707的帶寬與0.1處帶寬之比。* 測試條件：通帶內電路信號不失真。外加測試信號源內阻50歐姆。電路輸出負載10K歐姆。單電源供電12伏。12方案比較與確定1. 2. 1方案比較方案一：無源帶通濾波器無源帶通濾波器原理圖如圖2-1-1所示低通濾波器輸入信號高

11、通濾波器電壓放大輸出信號 圖1-2-1無源帶通濾波器方框圖方案二：壓控電壓源二階帶通濾波器壓控電壓源二階帶通濾波器電路系統框圖如圖3-2-2所示。輸入信號經低通電路、高通電路過濾后，再經放大器放大輸出。 圖1-2-2 有源二階帶通濾波器1. 2. 2元器件及設計圖比較在模擬實驗中，實驗室常用的運算放大器有以下幾種：LM324、LM358、LM741。下面對這其中兩種放大器的特性進行比較。方案一：LM741LM741是高增益運算放大器，提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調電壓調零能力與使用適當的電位。1 圖1-2-5雙電源LM741仿真圖方案二：LM

12、358LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 圖1-2-4雙電源LM358仿真圖1. 2. 3方案確定就實驗題目要求來看，壓控電壓源二階帶通濾波器的衰減速率可以滿足題目要求，并且比簡單二階帶通濾波器在中心頻率上電壓放大倍數要優越，而且其硬件電路不是很復雜，有利于在實驗室的試驗箱上操作，故我們選擇LM741壓控電壓源二階帶通濾波器作為最終方案。13整體電路設計1. 3. 1總體

13、方案介紹壓控電壓源二階帶通濾波器電路系統框圖如圖1-3-1所示。輸入信號經低通電路、高通電路過濾后，再經放大器放大輸出。 圖1-3-1壓控電壓源二階帶通濾波器電路系統框圖 1. 3. 2整體電路設計原理典型的二階帶通濾波電路及其幅頻特性曲線如圖1-3-2所示。 圖1-3-2 二階帶通濾波器及其幅頻特性它的傳遞函數為（式1-1）中心角頻率為： （式1-2）通帶帶寬為： （式1-3）其中， （式1-4）根據題目要求，分別帶入算式中得出可滿足題目要求的電阻及電容值。最終確定的硬件電路電阻電容值如下：Rf=RF=4.7k；C1=C2=0.01uF；R1=2.0K；R2=2.0K；R3=2.4K；負載R

14、L應題目要求設為4.7K。1. 3. 3軟件仿真與測試分析仿真采用multisim軟件，雙電源壓控電壓源二階帶通濾波器電路圖如圖1-3-3所示。仿真結果如圖1-3-4，1-3-5，1-3-6，1-3-7所示。 圖1-3-3雙電源壓控電壓源二階帶通濾波器電路仿真當輸入頻率在10KHz附近時： 圖1-3-4當輸入頻率遠大于10KHz時： 圖1-3-5幅度: 圖1-3-6交流分析: 圖1-3-7實物圖，如下列圖所示1.如圖1-3-8所示為中心頻率頻率為10kHZ，所用信號發生器型號為EE1641B1 所用模擬電路實驗箱型號為SAC-MS3，所用示波器型號為YB4320A，示波器圖像如圖1-3-9所示

15、，模擬電路實驗箱電路圖如圖1-3-10所示 圖1-3-8 圖1-3-9 1-3-10如圖1-3-11所示Ui=11.2V U0=7.2V，fL1=2.977kHz，fH1=21.15kHz,所用信號發生器型號為EE1641B1 所用模擬電路實驗箱型號為SAC-MS3。 圖1-3-11如圖1-3-11所示Ui=11.2V U0=7.2V，L2=195.9kHz，fH2=0.24kHz,所用信號發生器型號為EE1641B1 所用模擬電路實驗箱型號為SAC-MS3。 圖1-3-12Ui=11.2V U0=7.2VfL1=2.977kHz，fH1=21.15kHzfL2=195.9kHz，fH2=0.

16、24kHzk=fH1-fL1/fH2-fL2=0.09813. 4硬件仿真與測試分析首先先對雙電源壓控電壓源二階帶通濾波器進行測試，隨后對單電源壓控電壓源二階帶通濾波器進行測試（以下測試的圖片是單電源的測試結果），并對測試結果進行比較。按仿真圖接好電路后給試驗箱上電，通過信號函數發生器作為掃頻儀使用，通過示波器觀察輸出波形，并讀取電壓幅值。調節信號源輸出信號頻率，可觀察到輸出波形隨頻率的改變而改變，找到輸出幅值最大的點，記錄此時信號源頻率以及示波器的峰-峰值，該頻率即為濾波器的中心頻率。將中心頻率所對應的輸出電壓有效值×0.707，調節信號源頻率，使示波器的峰-峰值為該值，記錄該電壓

17、值所對應的兩個頻率后將兩個頻率做差，其結果即為電壓衰減為3db帶寬。2電子技術課程設計總結 該設計利用模擬電路的相關知識，設定上線和下限頻率，采用開環增益80dB以上的集成運算放大器，設計符合要求的帶通濾波器。再利用Multisim 12.0仿真出濾波電路的波形和測量幅頻特性。通過仿真和成品調試表明設計的有源濾波器可以基本達到所要求的指標。3.心得體會本次課設是由我和同學共同合作完成的。合作提前做出了設計并完成了仿真，我認為這部分是最難的，從中我們認識到了模電的重要性。在設計過程中遇到了一些問題，使得我不得不得查找相關資料，在這個過程中，我在增長知識的同時增強解決問題和動手的能力，讓我我做事細

18、心、用心、耐心的能耐。這一課程設計，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學習生活中，我會努力學習，培養自己獨立思考的能力，積極參加多種設計活動，培養自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應社會。并且通過這次的實驗，讓我對以往所學的知識有了更深入的了解，設計電路圖，考察的是自己對器件功能的認識以及自己的邏輯思維能力，創新能力，連接電路，考驗的是自己的耐心和認真程度，而分析電路，就考察的是自己對各部分電路以及整個電路的認識，對各部分功能的準確分析。實習的過程中肯定少不了問題，通過對問題的分析研究，可以更好的認識電路，當然，和同學一起研究出現的問題，讓我感受到了團隊合作的魅力和力量，可以讓我們的友誼更加深厚。總之，這次課程設計很好的提升了我分析問題和解決問題的能力。我對這次實驗的總結就是一定要二心，即：細心，恒心。最后感