模拟电子技术设计二阶带通滤波器、rc串并联网络振荡电路

学生姓名班级学号 1 专业测控技术与课程设计题目模拟电子技术课

仪器程设计

评

语

组长签字:

成绩

日期

2014年月日

课程设计任务书

学院专业

学生姓名班级学号 1203020127 课程设计题目二阶带通滤波器、RC串并联网络振荡电路、滞回比较器、求和电路实践教学要求与任务:

1. 采用multisim 仿真软件建立电路模型;

2. 对电路进行理论分析、计算;

3. 在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。

工作计划与进度安排:

第1天:

1. 布置课程设计题目及任务

2. 查找文献、资料，确立设计方案

第2~3天:

1. 安装multisim软件，熟悉multisim软件仿真环境

2. 在multisim环境下建立电路模型，学会建立元件库

第4天:

1. 对设计电路进行理论分析、计算

2. 在multisim环境下仿真电路功能，修改相应参数，分析结果的变化情况第5天:

1. 课程设计结果验收

2. 针对课程设计题目进行答辩

3. 完成课程设计报告

指导教师: 专业负责人: 学院教学副院长:

2014年1月2日 2014 年月日 2012 年月日

1课程设计的目的和作用 .............................................. 1

1.1目的......................................................... 1

1.2 作用 ........................................................ 1 2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍............................. 1

2.1设计任务..................................................... 1

2.2multisim软件环境介绍......................................... 2 3 二阶带通滤波器Multisim仿真....................................... 4

3.1二阶带通滤波器电路模型的建立................................. 4

3.2二阶带通滤波器理论分析及计算................................. 4

3.3二阶带通滤波器仿真结果分析................................... 5 4 RC串并联网络振荡电路Multisim仿真 ................................ 6

4.1 RC串并联网络振荡电路电路模型的建立.......................... 6

4.2 RC串并联网络振荡电路理论分析及计算.......................... 6

4.3 RC串并联网络振荡电路仿真结果分析............................ 7 5 滞回比较器Multisim仿真.......................................... 11

5.1滞回比较器电路模型的建立.................................... 11

5.2滞回比较器理论分析及计算.................................... 11

5.3滞回比较器仿真结果分析...................................... 12 6 求和电路Multisim仿真............................................ 13

6.1求和电路电路模型的建立...................................... 13

6.2求和电路理论分析及计算...................................... 13

6.3求和电路仿真结果分析........................................ 14 7 设计总结和体会................................................... 15 8 参考文献......................................................... 15

1课程设计的目的和作用

1.1目的:

模拟电子技术课程是学生学习完模拟电路课程之后，针对课程的要求对学生进行综合训练的一个实践教学环节。其目的是培养学生综合运用理论知识，联系实际要求作出独立设计，并进行安装调试的实际工作能力。

1.2作用:

电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标;第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础

2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍 2.1设计任务:

1. 采用multisim 仿真软件建立电路模型;

2. 对电路进行理论分析、计算;

3. 在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。

2.2multisim软件环境介绍:

Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)

公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。当改变电路连接或元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚的观察到各种变化对电路性能的影响。该软件有如下特点:1所见即所得的设计环境;2互动式的仿真界面;3动态显示元件(如LED，七段显示器等);4具有3D效果的仿真界面;5虚拟仪表;6分析功能与图形显示窗口;

利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点:设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验;可以方便地对电路参数进行测试和分析;可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。

启动Multisim 后，将出现下图所示的界面

界面由多个区域构成:菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。

Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。如下图:

3 二阶带通滤波器Multisim仿真

3.1二阶带通滤波器电路模型的建立

VEE

-15V

R1RFVEE

44051kΩ75kΩ

C1A561R415kΩ23

3741

2.2nFUiR2715IC=0V30kΩC2R31 Vrms 15kΩVCC50 Hz 2.2nF00Deg 00IC=0VVCC

15V3.2二阶带通滤波器理论分析及计算

工作原理:这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。电路性能参数:

通带增益 :

中心频率:

通带宽度:

选择性:

此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。

在Multisim中利用交流分析功能测得其频率特性:

带通滤波器的中心频率f0=4.8KHZ ,通带电压放大倍数Aup=4.7。 3.3二阶带通滤波器仿真结果分析

4 RC串并联网络振荡电路电路

4.1 RC串并联网络振荡电路电路模型的建立

VEER7RF

3kΩ10kΩ-15VXSC28G

VEE70RwT42kΩABC3Key=A225nF50%9

IC=0VA66

3741

715C4R8R6

25nF5.6kΩVCC3kΩIC=0V

0VCC

15V

4.2 RC串并联网络振荡电路理论分析及计算

如图示出了一个RC串并联网络振荡电路，为判断电路是否满足产生振荡的相位平衡条件，可假设在成运放的同相输入端将电路断开，并加上输入电

压。由于输入电压加在同相输入端，故集成运放的输出电压与输入电压Ui

同相，即f,f=0。又时，RC串并联网络电路的相位移，因此在,,,00AF

11f,f时，，电路满足相位平衡条件。但是对于其它任何频率，,，,,00AF

电路均不满足相位平衡条件。由此可知，电路的振荡频率为 0 =2.123 KHZ f,,3,62,2*3.14*3*10*0.025*10

AF，1 下面来讨论其起振的条件，因为振荡幅度平衡条件为 RC

1A，3f,fF,当时，，由此可以求得电路的起振条件为，即u03

10，R，RRFww1，，31，，3R，R，所以有所以有 1.2 Kohm。即当电位器的wwR5.63

值达到1.2 时就满足正弦波振荡的起振条件，能观察到较好的正弦波形，而

A如果电位器的值过大，则使的值过大，从而使振荡幅度超出放大电路的线u

性放大范围而进入非线性区，这时候，输出波形将产生明显失真。

所以说，当减小的值至一定值时电路将不能振荡。增大的值至一定RRww值，电路能够振荡，且输出波形较好，若继续增大，当其太大时，输出波Rw

形就产生严重失真。

4.3 RC串并联网络振荡电路仿真结果分析

(一)调节Rw，当Rw的值小于60%时候，即Rw小于1.2Kohm时候，将不能产生振荡，如图:

(二)继续调大Rw，当Rw的值正好等于60%，即Rw等于1.2Kohm时候，电路能够振荡，且输出波形较好，波形如图所示:

从示波器可以测得正弦波周期T=473.8us，则振荡频率为f0=1/T =2.111 kHz

(三)继续调大Rw，当Rw大于60%时候，即Rw大于1.2Kohm时候，出现振荡，

但波形严重失真，输出波形如图所示:

5 滞回比较器Multisim仿真

5.1滞回比较器电路模型的建立

VCC

15VRF

30kΩ715

R220kΩ

6AR1

1kΩ2

741UREFVDZ17.5kΩ

3 V 46 V

5 Vrms VDZ2VEE50 Hz 3 V

-15V0Deg

5.2滞回比较器理论分析及计算

输入电压u经电阻R加在集成运放的反向输入端，参考电压经电阻UI1REF

RR 接在同向输入端，此外从输入端通过电阻引回同向输入端。电阻R和2F

VD背靠背稳压管的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在,U。 ZZ

利用叠加原理可求得同向输入端的电位为:

RRF2,，uUU(1) REF，0，，RRRRFF22

uu,，Uu，U-U 若原来，当逐渐增大时，使从跳变为所需的门限00ZIZZ

U电平用表示，由上式知 T，

RRF2,，UUU(2) REFT，Z，，RRRRFF22

若原来的，当逐渐减小，使从跳变为所需的门限uu,-Uu-U，U00ZIZZ

电平表示，则 UT-

RRF2 ,UU-U(3)REFT-Z，，RRRRFF22

由=30kOhm,=20kOhm,=6V,带入以上公式可以得到，=5V，RRUUF2T，REF

=2V，即当增大时，在=5V时发生跳变，而当减小时，则在=2V uuuuuU00T-III

时发生跳变。输出波形为矩形波

5.3滞回比较器仿真结果分析

仿真分析:由 =30kOhm, =20kOhm, =6V,带入公式(1)(2)(3)可以得到， =5V， =2V，即当增大时，在 =5V时发生跳变，而当减小时，则在 =2V时发生跳变。输出波形为矩形波

得出结论:滞回比较器效果显著，所测得数值与理论计算数值误差在实验范围之内，是有效的实验.

6 求和电路Multisim仿真

6.1求和电路电路模型的建立

VEE

-15V

XMM1 R1 33.3k? RF

4 100k? R2 10k?

A 6 R3 188.7k? 741 3 UI1

UI2 7 1 5 1.5 V R4 UI3 6.88k? 0.3 V 2 V VCC

15V

6.2求和电路理论分析及计算由图已知得:

UI1UI2(1)I(UI1)== -45.04504u; I(UI2)= =-30.00000u; R1R2

UI3I(UI3)= =-10.59883u R3

UI1UI2UI3Uo(2)根据基尔霍夫KCL定理: ，，，,0 R1R2R3RF

UI1UI2UI3，，得Vo=-()× RF R1R2R3

代入数据，解得Vo=-8.56v。

6.3求和电路仿真结果分析

7 设计总结和体会

通过这次电子技术课程设计:

(一)让我了解了设计电路的程序.通过本次实验设计电路原理图，对Multisim有了进一步的了解，能独立完成电路图的绘制。通过这次电子技术课程设计,使我对模拟电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过该课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。

(二)加强了我们思考和解决问题的能力。在设计过程中，会遇到许多的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但模拟仿真电路时，总是和预想的不一样，因此耗费在这上面的时间用去很多。

(三)做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，

平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。

通过在Multisim上仿真实践，让我们对各个元件映象加深。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，今后我一定加强实践练习。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的，在制作Multisim时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情。

8 参考文献

1) 沈阳理工大学信息科学与技术学院马东、丁国华编

《模拟电子技术试验指导书》

2)清华大学电子学教研组杨素行主编

《模拟电子技术基础》 (第三版) 高等教育出版社,2006 3)杨素行主编《模拟电子技术基础简明教程》第三版.高等教育出版社. 4)苏志平《模拟电子技术基础简明教程全程辅导》第三版.辽宁师范大学出版社 5)从宏寿程卫群等编著《Multisim 8仿真与应用实例开发》清华大学出版社 6)蒋卓勤邓玉元主编《Multisim 及电子设计应用》西安电子科技大学出版社

二阶有源滤波电路

摘要设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，并利用Multisim10仿真软件对电路的频率特性、特征参量等进行了仿真分析，仿真结果与理论设计一致，为有源滤波器的电路设计提供了EDA 手段和依据。

关键词二阶有源低通滤波器；电路设计自动化；仿真分析；Multisim10

滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。从滤波器阶数可分为一阶和高阶，阶数越高，幅频特性越陡峭。高阶滤波器通常可由一阶和二阶滤波器级联而成。采

用集成运放构成的RC 有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA 仿真软件Multisim1O 对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。

1 设计分析

1．1 二阶有源滤波器的典型结构

二阶有源滤波器的典型结构如图1所示。其中，Y1～Y5为导纳，考虑到UP=UN，根据KCL 可求得

式(1)是二阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式，式中，Auf=1+Rf／R6。只要适当选择Yi ，1≤i≤5，就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器。

1．2 二阶有源低通滤波器特性分析

设Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，将其代入式(1)中，得到压控电压源型二阶有源低通滤波器的传递函数为

式(2)为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中，ωn 为特征角频率，Q 称为等效品质因数。

2 二阶有源低通滤波器的设计

2．1 设计要求

设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率

fo=100 kHz，等效品质因数Q=1，试确定电路中有关元件的参数值。

2．2 选择运放

设计要求的截止频率较高，因此要求运放的频带较宽，选用通频带较宽的运放，本例选用运放3554AM ，带宽为19 MHz，适合用于波形发生电路、脉冲放大电路等。输出电流，达到100 mA，精度高，满足设计要求。

2．3 电路设计

为设计方便选取R1=R2=R，C1=C2=C，则通带截止频率为可首先选定电容C=1 000 pF，计算得R≈1．59 kΩ，选R=1．6 kΩ。

等效品质因数，则RF=R6。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，应使R6//RF=2R=3.2kΩ，则R6=RF=6.4 kΩ，选R6=RF=6．2 kΩ。

2．4 理论计算

根据实际选择的元件参数重新计算滤波电路的特征参量。

式(2)中，令s=jω，得到二阶低通滤波电路的频率特性为

通带截止频率fo 与3 dB截止频率fc 计算如下

实际设计的二阶有源低通滤波电路，如图2所示。

3 Multisim分析

3．1 用虚拟示波器观察输入输出波形

Multisim 环境下，创建如图3所示的二阶有源低通滤波器的仿真电路，启动仿真按钮，用虚拟示波器测得的输入输出波形，如图4所示。可以看出，输出信号的频率与输入信号一致，输出信号与输入信号同频不同相，说明二阶低通滤波电路不会改变信号的频率。从图4中可以看出，当输入信号的频率较大(例如200 kHz) 时，输出信号的幅值明显小于输入信号的幅值，而低频情况下的电压放大倍数Auf=2。显然，当输入信号的频率较大时，电路的放大作用已不理想。

3．2．3 用参数扫描分析法测试斯率特性

在图3所示电路中，改变电阻R6，RF 的值，从而改变Q 值，观察频率特性变化。由理论分析结果可知，改变放大倍数，即可改变Q 值。利用Multisim 的参数扫描分析功能，即可得到不同条件下的频率特性。

在主菜单栏中，选择Simulate ／Analyses ／ParameterSweep ——命令，在出现的对话框中进行如下设置：器件类型选择电阻，器件名称选择电阻RF ，分别取RF=0 Ω，6 200 Ω，ll 780 Ω“More Options”选项中，扫描类型选AC Analysis ，再选择节点V(6)为输出节点，点击Simulate 进行仿真，得到RF 取3个不同阻值时电路的幅／相特性曲线，如图6所示。

从图6中可以看出，3条曲线从下至上对应的电阻RF 分别为0 Ω，6200 Ω，11780 Ω幅频特性纵坐标对应的对数坐标分别-8．4 dB，2．88 dB，12．89 dB对应的3 dB截止频率约为127 kHz。可见，RF 越大，Auf 越大，Q 越大，幅频特性曲线越尖锐。在同样的设计截止频率下，Q 值的不同对实际截止频率有较大的影响。同理可以分析电阻R6对幅频特性的影响。

采用类似的方法，还可以分析电容C1，C2，电阻R1，R2对通频带的影响。分析结果如下：C1，C2，R1，R2的变小均会引起电路截止频率的增大和通频带的变宽，而C1，C2，R1，R2的变化对电压增益的影响不大。R6与输出电压幅度成反比，RF 与输出电压幅度成正比，但R6，RF 的变化不影响电路的频率特性。

4 结束语

分析结果表明，Multisim 中的仿真分析结果与理论计算十分接近。Multisim 既是一个非常优秀的电子技术教学工具，又是一个专门用于电子电路设计与仿真的软件。将Multisim 应用于电路设计不仅可以简化设计过程、提高设计效率，而且可以优化设计方案、节约设计成本，是现代化设计的趋势。

调节输入信号V3的频率，使之分别为126 kHz，100 kHz，2 kHz。由虚拟示波器得到，当输入信号的频率为2 kHz时，输入输出信号同频同相，且输入信号的幅值约为1 V，输出信号的幅值约为2 V，即Auf=2，与理论计算相吻合。而输入信号的频率为100 kHz时，Auf≈2。当输入信号的频率为126 kHz时，输入信号的幅值约为998 mV，输出信号的幅值约为1．369 V ，此时，说明3 dB截止频率fc 接近126 kHz。也可以用瞬态分析法观察输入输出波形。

3．2 测试幅／相特性等特征参量

3．2．1 用波特图示仪测试频率特性

在图3所示的电路中，可以用波特图示仪观察电路的幅／相特性。从仿真得到的幅频特性曲线中可以看到，通带的对数坐标为6．02 dB，对应的电压放大倍数Auf=2，且输入输出同频同相。对数坐标减去3 dB即是对应的3 dB截止频率，移动读数指针可看出3 dB截止频率约在126 kHz附近，与理论计算很接近。

3．2．2 用交流分析法测试频率特性

另外，还可启用交流分析法测试电路的幅／相特性。选择Simulate ／Analyses ／AC Analysis 命令。在出现的对话框中进行如下设置：起始频率1Hz ，终止频率100MHz ，扫描类型选择十进制，纵坐标选dB 为刻度，在“Output”选项卡中输出节点选V(6)，单击“Simulation”，仿真结果如图5所示。测得的通带电压放大倍数、3 dB截止频率也与理论分析相一致。

二阶带通滤波电路

2014-2015

电子电路设计课程说明书

学院实验学院

专业电子信息工程

题目

二阶带通滤波器

姓名黄玉欢

学号 13521230

日期 2015年 7 月 21日

指导教师

北京工业大学课程设计报告

摘要

此次电子技术课程设计包括数电课设和模电课设两部分，需要自己独立地完成设计、Multisim仿真和硬件连接三个环节。

模拟电路设计:二阶有源带通滤波器，二阶有源带通滤波器采用经典的RC有源滤波器设计，该设计又称为巴特沃斯滤波器。电路为双电源供电，可完成对于规定中心频率的选择，并保证信号在3db带宽内平稳不失真，且有良好的矩形系数。两个实验均通过了仿真测试和硬件连接测试，基本符合课设的要求。以下是我对两个实验的基本方案、设计原理、元器件的选择、优缺点的比较和仿真结果的介绍。

关键词

带通滤波器、Multisim仿真

北京工业大学课程设计报告

Abstract

The course design by the digital circuit design and analog circuit design composed of，Complete independence to complete the design，

Multisim simulation and the experiment three links。

Analog circuit design part， second-order active bandpass filter，

and through Multisim software and oscilloscope simulation and performance testing，The output resistor， the center frequency coefficient matrix

circuit conditions and performance up to requirements. Two experiments were tested by simulation and laboratory simulation tests， the basic

compliance testing requirements. This article describes the Responder and the second-order active band-pass filter and the basic program design principles， component selection， compare the advantages and

disadvantages and simulation test results， more comprehensive about the

design of this course the content of electronic technology.

Keywords

Bandpass filter、Multisim Simulation

北京工业大学课程设计报告

1(概述 ......................................................................................................................................................................1 2(二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测......................................................................................2 1 设计内容与要求 ..............................................................................................................................................2 2 方案比较 ...........................................................................................................................................................3 3总体方案 ................................................................................................................................................................4

3.1 总体方案介绍.........................................................................................................................................4

3.2 电路设计原理.........................................................................................................................................5

3.3 软件仿真与测试分析 ...........................................................................................................................8

3.4 硬件仿真与测试分析 ........................................................................................................................ 11

3.5问题解决与讨论 .................................................................................................................................. 13 4(结论 ................................................................................................................................................................... 13 5(参考文献 .......................................................................................................................................................... 13 6.附录 ..................................................................................................................................................................... 14

6.1 元器件明细表....................................................................................................................................... 14

6.2设计环境与设备清单........................................................................................................................... 14

6.3附表.......................................................................................................................................................... 14

III

北京工业大学课程设计报告

1(概述

本次电子课程设计分为数字电路和模拟电路两部分。

模拟电子技术课程设计是在完成模拟电子技术基础理论知识和基本设计性实验的基础上，综合运用有关知识，设计安装和调试自成系统的设计。和数字电子技术课程设计有相同之处，可以共同提高动手能力，加强对知识的理解，并能提高自己在困难面前的解决能力，在参考资料的同时，也为自己以后从事有关工作打下了基础。

课程设计是针对某一理论课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，可以培养我们运用课程中所学的理论知识与实际紧密结合，独立地解决实际问题的能力。

本课程设计介绍的是二阶有源滤波器的设计方法与测试技术，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计，装调及性能参数的调试方法。

北京工业大学课程设计报告

2(二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测 1 设计内容与要求

课程设计内容

(一)模拟仿真的主要内容交流分析:分析电路的频率特性。

交流分析:可以进行幅频特性、相频特性分析

直流分析:计算电路的直流工作点，采用直流扫描和参数扫描。非线性电路需要进行多次迭代逼近。

暂态分析:在给定的初始状态和输入激励下计算出电路的输出响应。

零点极点分析:计算电路中复频域的特征点。实质上是电抗网络中的谐振点分布。还有正弦稳态分析、噪声分析、容差分析、失真分析、温度特性分析等。

硬件设计:方案确定后要搭建实际电路，调出要求的功能，并且测出其性能指标进行比对。通过实测结果确认技术性能指标。

课程设计要求

(二)具体任务以下设计内容及要求中未标注为基本要求的要积极动脑进行扩展。

二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。测试参考表格见附录。

基本内容根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。进行上机(1)

仿真得出幅频特性、相频特性。给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。

(2) 提高内容前面提到的其他特性仿真。在实验箱或实验板上，用指定型号的运放器(LM358/TLC2262CP/LM741)，按指定的外部引线方式搭接电路供自己调试和实际测评。电路形式，元件参数和内部接线方式不限(3)题测试评价内容中心频率fo=10KHz 。3db 带宽不小于400Hz ，以最接近1Khz 为最佳。带内平整度小于1db 矩形系数K=幅度降至0.707 的带宽与0.1 处带宽之比。 (注:矩形系数K一般是3dB带宽和40dB带宽的比值，一般取信道滤波器6dB带宽和60dB带宽之比数值越接近1，滤波器的特性越陡峭，选择性越理想;但是过于陡峭边缘的响应会使邻道干扰产生一种噪声，一般单边带通信所要求的实际指标大约为1:2。)

北京工业大学课程设计报告

(4) 测试条件通带内电路不失真。外加测试信号源内阻50 欧姆。电路输出负载10K 欧姆。单电源供电12 伏。对12V 单电源供电和正负6V 双电源供电的设计参数进行比较。滤波器通常要求做到下降40db/10倍频程。

2 方案比较

1(方案一:单电源帯通滤波器如图2.2.1

正电源

输入信号带宽调节放大增益输出 Ac分析

接地反馈回路

图3.2.1 单电源帯通滤波器

图2.2.1单电源带通滤波器

双电源带通滤波器如图2.2.2

正电源

输出带宽调节放大增益输入信号 Ac分析

北京工业大学课程设计报告

负电源反馈回路

图2.2.2 双电源带通滤波器

2(元器件方案:741，LM358J

3. 仿真工具方案:Multisim12.0

3总体方案

3.1 总体方案介绍

带通滤波器只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，注意:要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图3.1所示。

(a) 带通滤波器原理框图

北京工业大学课程设计报告

(b)电路图 (c)幅频特性

图3.1 二阶带通滤波器

3.2 电路设计原理

工作原理:这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1(a)所示。电路性能参数

通带增益

中心频率

通带宽度

选择性

此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例(要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为:

f0,10kHz 通带中心频率

通带中心频率处的电压放大倍数:

北京工业大学课程设计报告

带宽:

设计步骤:

1)选用图3.1图(b)电路。

2)该电路的传输函数: 品质因数: 通带的中心角频率:

通带中心角频率处的电压放大倍数:

取，则:

因为实验室器材有限，R1用10kΩ电阻，R2用2kΩ电阻。C1,C2采用0.01μF

1.LM358单电源供电如图3.2.1

北京工业大学课程设计报告

图3.2.1.1 LM324单电源供电 LM324J双电源供电如图3.2.2

图3.2.1.2 LM324双电源供电

2(741单电源供电如图3.2.2.1

北京工业大学课程设计报告

图3.2.2.1

741双电源供电如图3.2.2.2

图3.2.2.2

3.3 软件仿真与测试分析

经过Multisim软件仿真，双电源仿真结果如图3.3.1: 频率为1kHz如图3.3.1 频率为10kHz中心频率时如图3.3.2

图3.3.1 图3.3.2 频率为100kHz如图3.3.3

北京工业大学课程设计报告

图3.3.3

波特图如图3.3.4 交流分析如图3.3.5

图3.3.4 图3.3.5 经过Multisim软件仿真，单电源仿真结果如图

频率为1kHz图3.3.6 频率为10kHz为中心频率时如图3.3.7

北京工业大学课程设计报告

图3.3.6 图3.3.7 频率为100kHz如图3.3.8 波特图图3.3.9

图 3.3.8 图3.3.9

交流分析图3.3.10

北京工业大学课程设计报告

图3.3.10

3.4 硬件仿真与测试分析

经过实验室仿真，结果如下:

1(双电源供电图3.4.1 频率为10kHz图3.4.2

图

3.4.1 图3.4.2

频率为31.31kHz图3.4.3 频率为1.178kHz图3.4.4

北京工业大学课程设计报告

图3.4.1 图3.4.4 2.单电源供电图3.4.5 频率为10kHz图3.4.6

图3.4.5 图3.4.6 频率为119hz图3.4.7 频率为317.4kHz图3.4.8

图3.4.7 图3.4.8

北京工业大学课程设计报告

3.5问题解决与讨论

低通部分的改进由于在仿真阶段的疏忽和调节的盲目，使得地同参数出了很大问题，一直到实际电路搭接出来后还在为低通电路部分发愁。后来通过对仿真图的调节、实际电路的分块测试，低通滤波电路的不可行之处实实在在的摆在我们眼前，因此重新开始从计算开始，确立参数，在上面已经予以说明，但新的问题又出现了，高频部分波特图出现转折，且转折前后斜率不尽相同，在之前给出的方针和实测图中都有出来，其原因初步被判定为是两个二阶滤波电路频率不匹配，致使滤波通带没有能完全重合。

4(结论

模电部分我做的二阶有源带通滤波器。从仿真开始就一路出错，无法满足足够的衰减的系数。最终，在参考了别人的参数之后我们的仿真勉强过关了，而连电路方面又遇到了问题。最开始连得电路，其实已经实现了功能了，但是因为对其波形不熟悉，所以自以为是的拆掉了重新连了一遍，换了个方式之后，在之后的7,8次重新连的电路里，都没有成功，而且还烧了个芯片。在一遍遍的尝试之后，我们对我的电路图提出了质疑，在仔细的检查之后发现示波器连接位置出错导致结果一直没有出现，在解决问题之后我们的结果就正确的出现了。 5(参考文献

,1,罗杰，谢自美.《电子线路设计实验测试》.第四版.电子工业出版社，2008 ,2,阎石，数字电子技术基础，第五版，高等教育出版社，2006 ,3,康华光，电子技术基础(模拟部分)，第五版，高等教育出版社，2006 ,4, 郑步生吴渭，Multisim 2001电路设计及仿真入门与应用，电子工业出版社，2002

北京工业大学课程设计报告

6.附录

6.1 元器件明细表

运算放大器 1个 0.01μF电容 2个 10K电阻 1个 2K电阻 1个 5.1K电阻 2个 6.2设计环境与设备清单

实验箱

6.3附表

表1 带通滤波器仿真/测试表

理论计算仿真结果测试结果测试项目

(单电源、双电源) (单电源、双电源) (单电源、双电源)

10.1610kHz 10kHz 10kHz 10.6kHz 中心频率fo=10kHz kHz 3db 带宽不小于2.56k2.01kHz 2.05kHz 2.14kHz 2.34kHz 1kHz Hz 带内平整度小于3.05 3.15 3.42 3.28 3.34 1db

矩形系数K=幅度0.457 0.462 0.451 0.461 0.468 降至0.707 的带宽

与0.1 处带宽之比。

北京工业大学课程设计报告

扩展部分

感谢您的阅读

二阶高通滤波电路

------------------------------------------------------------------------------------------------

二阶高通滤波电路

2011 ~2012学年第 2 学期

《高频电子线路》

课程设计报告

题目: 变容二极管直接调频电路的设计

专业: 电子信息工程

班级:

姓名:

指导教师:

电气工程系

2012年12月17日

1、任务书

变容二极管直接调频电路的设计

摘要

调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥控。调频电台的频带通常大约是200,250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30,——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

8000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30,

15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。

变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移

动通信和自动频率微调系统。其优点是工作频率高，固有损耗小且线

路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。较之中

频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修

方便，是一种较先进的频率调制方案。

本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路，振荡频率

有电路电感和电容决定，当受调制信号控制的变容二极管接入载波振

荡器的振荡回路，则振荡频率受调制信号的控制，从而实现调频。

关键字:变容二极管;直接调频;LC振荡电路。

变容二极管直接调频电路的设计

第一章设计思

路 ............................................................................................ 1

第二章滤波电路的基本理

论 ........................................................................ 2

2.1滤波电路的定

义 ...............................................................................................................

2.2滤波电路的工作原

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

理 ....................................................................................................... 2

2.3滤波电路的种

类 ............................................................................................................... 2

2.4滤波电路的主要参

数 ....................................................................................................... 3

2.5无源滤波电路和有源滤波电

路 ....................................................................................... 3

2.5.1无源滤波电

路 ........................................................................................................ 3

2.5.2 有源滤波电

路 ....................................................................................................... 4

2.5.3无源滤波器与有源滤波器的比

较 ........................................................................ 4

第三章高通滤波电路模块的设

计 ................................................................ 6

3.1高通滤波电路与低通滤波电路的联

系 ........................................................................... 6

3.2压控电压源高通滤波电

路 ............................................................................................... 6

3.3无限增益多路反馈高通滤波电

路 ................................................................................... 7 ——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

第四章二阶高通滤波器电路仿真及系统误差分

析 ................................... 9

4.3 误差分

析 ...............................................................................................................

......... 14

结

论 ................................................................................................................

附录一 LM324引脚图(管脚

图) .......................................................... 16

附录二参考文

献 ........................................................................................ 17

第一章设计思路

第二章滤波电路的基本理论

2.1滤波电路的定义

对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，他对信号具有

一定的选择、处理功能。它的功能是使特定频率范围内的信号通过，

而阻止其他频率信号通过，让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用

信号尽可能大的衰减。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，

一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。

2.2滤波电路的工作原理

以电感作为电抗原件为例，当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。

在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果愈好。

2.3滤波电路的种类

通常，按照滤波电路的工作频带为其命名，分为低通滤波器(LPF),高通滤波器(HPF)，带通滤波器(BPF)，带阻滤波器(BEF)和全通滤波器(APF)。

设截止频率为fc，频率低于fc的信号能够通过，高于fc的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波电路;反之，频率高于fc的信号能通过，而频率低于fc的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波电路。——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

前者可以作为直流电源整流后的滤波电路，以便得到平滑的直流电压;后者可以作为交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分，只放大频率高于fc的信号。

设低频段的截止频率为fc1，高频段的截止频率为fc2，频率为fc1到fc2之间的信号能够通过，低于fc1和高于fc2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器;反之，频率低于fc1和高于fc2的信号能够通过，而频率为fc1到fc2之间的信号被衰弱的滤波电路称为阻带滤波器。前者常用于载波通讯或弱信号提取等场合，以提高信噪比，后者用于在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。

全通滤波器对于频率从零到无穷大的信号具有相同的比例系数，但对于不同频率的信

号将产生不同的相移。

2.4滤波电路的主要参数

实际上，任何滤波器均不可能具备理想滤波电路的幅频特性，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。

理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

多参数来描述。

?UP。称通带中输出电压与输入电压之比A?UP为通带放大倍数。通带放大倍数A

?UP所对应的频率称为滤波器的截止频率。通带截止频率fc。幅频特性值等于0.707A以

?UP为参考值，0.707A?UP对应于-3dB点，即相对于A?UP衰减3dB。若以信号的幅值平方表A

示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。

图2-1 滤波器的实际幅频特性曲线

?u接近零的频段称为过渡带，是A?u趋近于零的频段称为阻带。过渡带越窄，从fc到A

电路的选择性越好，滤波特性越理想。分析滤波电路就是求解电路的频率特性，对于

?UP，fc和过渡带的斜率。 LPF,HPF,BPF,BEF,APF就是求解出A

2.5无源滤波电路和有源滤波电路

2.5.1无源滤波电路

无源滤波器，又称LC滤波器，是利用无源元件(电阻、电容、电感)的组合设计构

成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

源滤波器。

无源滤波器主要可以分为两大类:调谐滤波器和高通滤波器。

调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。

高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减高于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。

无源滤波电路的结构简单，成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC(电感、电容)电路滤波。

2.5.2 有源滤波电路

有源滤波电路，不仅由无源元件，还由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

有源滤波电路一般是由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能起到滤波作用，与此同时还可以进行放大。组成电路时应选用带宽合适的集成运放。有源滤波电路不适用——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

于高电压大电流的负载，，只适用于信号处理。通常，直流电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时，应采用LC电感电容电路。有源滤波器工作原理是:用电流互感器采集直流线路上的电流，经A/D采样，将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为PWM的调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制IGBT单相桥，根据PWM技术的原理，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，将线上的谐波电流抵消掉。这是前馈控制部分。再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量反馈回来，作为调节器的输入，调整前馈控制的误差。

2.5.3无源滤波器与有源滤波器的比较

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。

APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电

流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点:

a(不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

能的特点，在性价比上较为合理;

b(滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;

c(具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

第三章高通滤波电路模块的设计

3.1高通滤波电路与低通滤波电路的联系

高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，如果将二阶低通滤波电路中的电容替换成电阻，电阻替换成电容，就可的各种高通滤波器。

3.2压控电压源高通滤波电路

电路如图3-1所示，电路的传递函数为

Au?s??Aup?s??

通带增益为 ?upsRC?sRC21?3?A?sRC?2

?up?1?Rf AR1

截止频率为

fp?

品质因数为

Q?1 2?RC1 3?Aup

图3-1 压控电压源高通滤波电路

?增益

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

?up?1?Rf=5 AR1

?假设Rf=1K?，则解得

R1=4K?

又?

fp?

?假设C=C1=C2=0.1?F,则解得 1=100Hz 2?RC

R=R2=R3=16K?

故选择器件为Rf=1K?，R1=4K?，R=R2=R3=16K?，C=C1=C2=0.1?F。运算放大器选用LM324。

假设输入电压幅值为100mv(有效值约为70.7mv)，因为增益为5，所以当输入信号频率足够高时即为2fp=141Hz时信号稳定输出，输出电压值基本保持不变，即U0?70.7?5?353.5。当f0?fp?100Hz时Aup?0.707Au，所以输出电压为U0=353.5?0.707?249.9mv。 '

3.3无限增益多路反馈高通滤波电路

电路如图4-2所示，电路的传递函数，通带放大倍数，截止频率和品质因数分别为

Au?s??Aup?s??s2R1R2C3C2

R1?s3?C1?C2?C3??sR1R2C2C3C2C

?up??C1 AC3

1fp? 2?R1R2C2C3

Q??C1?C2?C3?

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

由设计要求可知增益 R1 C2C3R2

?up??C1=5， AC3

?假设C1=50?F，则解得

C3=10?F

又?

2?R1R2C2C3

假设C2=0.2?F,R1=10K?,则解得 fp?1=100Hz

R2=140K?

因增益 Au与截止频率fp均与R3无关，故假设R3=10K?。故选择器材为C1=50?F，C2=0.2?F，C3=10?F，R1=10K?，R2=140K?，R3=10K?，运算放大器选用LM324。假设输入电压幅值为100mv(有效值约为70.7mv)，因为增益为5，所以当输入信号频率足够高时即为2fp=141Hz时信号稳定输出，输出电压值基本保持不变，即U0=70.7?5=353.5mv。当f0?fp=100Hz时Aup?0.707Au，所以输出电压为U0=353.5?0.707?249.9mv。

图3-2 无限增益多路反馈高通滤波电路

第四章二阶高通滤波器电路仿真及系统误差分析

?up?1?RfR1,所以选压控电压源二阶高通滤波器的参数设计，由增益Aup=5，A

R3=16K?的电阻，fp=100Hz,fp=1/2?RC，则选用C=0.1uf的电容，——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

R4为16K?的电阻，R2为4K?的电阻。输入信号Ui=100mv(有效值为70.7mv)，测量有效值为72mv。改变频率用万用表测输出电压有效值，并且在通频带时的频率要取得密集一些。二阶高通滤波器电路的电路仿真。

(a)输入波形 (b)输出波形

图 4-2输入频率为20Hz时压控电压源二阶高通滤器的输入输出波形

由示波器可以看出由示波器可以看出输入信号频率很小时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为32mv可以明显看出在低频时信号被衰减。

图4-3 输入频率为100Hz时压控电压源二阶高通滤器的输入输出波形

由示波器可以看出单输入信号频率为截止频率100Hz时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为347mv,信号已经被放大，但仍未到达预定放大倍数。

图4-4 输入频率为1000Hz时压控电压源二阶高通滤器的输入输出波形

由示波器可以看出当输入信号频率为1000Hz时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为497mv,信号放大倍数已达到预定值。

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

表一压控高通滤波器的数据记录

在频率为高频时，U=(364+363+362+363)/4=363 mv 输入电压Ui=72mv，则Au=U/Ui=363/72=5.04 相对误差:s=(5.04-5)/5?100%=0.8%

当fp=100Hz时，U0理论=353.5?0.707?249.9mv 实验测得U0=246mv

则相对误差为S=(246-249.9)/249.9?100%=-1.5%

图4-5 压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性

?up??C1C3，所以选无限增益多路反馈二阶高通滤波器的参数设计，由增益Aup=5，A

则选用R1=10K?，R2=140K?，C1=50?F，C3=10?F，fp=100Hz，fp?2?R1R2C2C3，

，测量有效值为72mv。R3=10K?，C2=0.2?F。输入信号Ui=100mv(有效值为70.7mv)

改变频率用万用表测输出电压有效值，并且在通频带时的频率要取得密集一些。二阶高通滤波器电路的电路仿真:

图4-6 无限增益多路反馈高通滤波电路

(a)输入波形 (b)输出波形

图4-7 输入频率为20Hz时无限增益多路反馈高通滤波电路波形由示波器可以看出输入信号频率很小时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为24mv可以明显看出在低频时信号被——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

衰减。

(a)输入波形 (b)输出波形

图 4-8 输入频率为100Hz时无限增益多路反馈高通滤波电路波形

由示波器可以看出单输入信号频率为截止频率100Hz时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为340mv,信号已经被放大，但仍未到达预定放大倍数。

(a)输入波形 (b)输出波形

图4-9 输入频率为1000Hz时无限增益多路反馈高通滤波电路波形

由示波器可以看出当输入信号频率为1000Hz时，输入信号的最大值约为100mv，输出信号的最大值约为500mv,信号放大倍数已达到预定值。

图4-10 无限增益二阶高通滤波器电路的幅频特性

表二无限增益二阶高通滤波器电路的数据记录

在频率为高频时，U=(364+363+362+363)/4=363 mv 输入电压Ui=72mv，则Au=U/Ui=363/72=5.04 相对误差:s=(5.04-5)/5?100%=0.8%

当fp=100Hz时，U0理论=353.5?0.707?249.9mv 实验测得U0=239mv

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

则相对误差为S=(239-249.9)/249.9?100%?-0.04%

4.3 误差分析

产生该实验误差的主要原因有:

1、输入信号不稳定会导致实验误差。

2、实际所使用的电阻、电容与理论值的误差。 3、函数发生器的输出误差，示波器的量化误差。 4、在参数设计时也会引入误差。 5、在计算过程中会引入计算误差。

结论

1结论结论与心得

(1)由实验可知，当频率f为通带截止频率fp时，输出电压U0约为最大输出电压的0、

?up,。 ?u,?0.707,A707倍，即,A

(2)、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于fp的信号，我们可把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。

(3)、实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f?f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。

2对本设计优缺点的分析

本次课程设计我们主要根据要求中的提示，首先确定了各个部位元件的类型，在充分分析和掌握了滤波电路的工作原理进行了认真仔——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

细的计算和公式的推倒，最终掌握了具有一般性的相关公式，当然，在公式的验算中为了简化公式，我们也采取了一些小技巧，在确定满足课题要求的情况下，我们令电容相等，从而大大简化了计算过程，但是在设计的诸多方面(电路的稳定性，参数选择的优越性，电路的调试等)存在不足之处。

附录一 LM324引脚图(管脚图)

附图1、LM324引脚图

LM324引脚图(俯视图)(见附录LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显着优点。该四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在多应用场合中采用外部偏置组件的必要性。

LM324的特点:

1.短跑保护输出; 2.真差动输入级;

3.可单电源工作:3V-32V; 4.低偏置电流:最大100nA(LM324A);

5.每封装含四个运算放大器; 6.共模范围扩展到负电源;

7.具有内部补偿的功能; 8.输入端具有静电保护功能;

9.行业标准的引脚排列。

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

附录二参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础(第四版)[R].高等教育出版社

[2]梅开乡，梅军进,电子电路设计与制作[R].北京理工大学出版社

[3]闵锐，徐勇，孙峥.电子线路基础[R].西安电子科技大学出版社

[4]刘国林.电工学[R].人民邮电出版社

[5]林育兹.电工电子学[R].电子工业出版社

答辩记录及评分表

——————————————————————————————————————

二阶带通滤波电路

------------------------------------------------------------------------------------------------

二阶带通滤波电路

2014-2015

电子电路设计课程说明书学院实验学院专业电子信息工程

题目

二阶带通滤波器姓名黄玉欢

学号 13521230

日期 2015年7月21日

指导教师

北京工业大学课程设计报告

摘要

此次电子技术课程设计包括数电课设和模电课设两部分，需要自己独立地完成设计、Multisim仿真和硬件连接三个环节。

关键词

带通滤波器、Multisim仿真

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

北京工业大学课程设计报告

Abstract

The course design by the digital circuit design and analog circuit design composed of，Complete independence to complete the design，

Multisim simulation and the experiment three links。

Analog circuit design part， second-order active bandpass filter，

and through Multisim software and oscilloscope simulation and performance testing，The output resistor， the center frequency

coefficient matrix circuit conditions and performance up to requirements. Two experiments were tested by simulation and laboratory simulation tests， the basic compliance testing requirements. This article describes the Responder and the second-order active band-pass filter and the basic program design principles， component selection， compare the

advantages and disadvantages and simulation test results， more

comprehensive about the design of this course the content of electronic technology.

Keywords

Bandpassfilter、Multisim Simulation

北京工业大学课程设计报告

1(概

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

述 ............................................................................................................................................. 1

2(二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实

测 ......................................................................... 2 1 设计内容与要

求 .............................................................................................................................. 2 2 方案比

较 .......................................................................................................................................... 3

3总体方

案 ........................................................................................................................................ 4

3.1 总体方案介

绍 .......................................................................................................................... 4

3.2 电路设计原

理 .......................................................................................................................... 4

3.3 软件仿真与测试分

析 .............................................................................................................. 7

3.4 硬件仿真与测试分

析 ............................................................................................................ ——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

3.5问题解决与讨

论 ..................................................................................................................... 11

4(结

论 ........................................................................................................................................... 12

5(参考文

献 .................................................................................................................................... 12

6.附

录 ............................................................................................................................................. 12

6.1 元器件明细

表 ......................................................................................................................... 12

6.2设计环境与设备清

单 .............................................................................................................. 12

6.3附

表 .......................................................................................................................................... 13

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

III

北京工业大学课程设计报告

1(概述

本次电子课程设计分为数字电路和模拟电路两部分。

本课程设计介绍的是二阶有源滤波器的设计方法与测试技术，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计，装调及性能参数的调试方法。

北京工业大学课程设计报告

2(二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测 1 设计内容与要求

课程设计内容

(一)模拟仿真的主要内容交流分析:分析电路的频率特性。

交流分析:可以进行幅频特性、相频特性分析

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

直流分析:计算电路的直流工作点，采用直流扫描和参数扫描。非线性电路需要进行多次迭代逼近。

暂态分析:在给定的初始状态和输入激励下计算出电路的输出响应。

硬件设计:方案确定后要搭建实际电路，调出要求的功能，并且测出其性能指标进行比对。通过实测结果确认技术性能指标。

课程设计要求

(二)具体任务以下设计内容及要求中未标注为基本要求的要积极动脑进行扩展。

二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。测试参考表格见附录。

(1)基本内容根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。进行上机仿真得出幅频特性、相频特性。给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

带内平整度小于1db 矩形系数K=幅度降至0.707 的带宽与0.1 处带宽之比。 (注:矩形系数K一般是3dB带宽和40dB带宽的比值，一般取信道滤波器6dB带宽和60dB带宽之比数值越接近1，滤波器的特性越陡峭，选择性越理想;但是过于陡峭边缘的响应会使邻道干扰产生一种噪声，一般单边带通信所要求的实际指标大约为1:2。)

北京工业大学课程设计报告

2 方案比较

1(方案一:单电源帯通滤波器如图2.2.1

图2.2.1单电源带通滤波器

双电源带通滤波器如图2.2.2

图2.2.2 双电源带通滤波器

2(元器件方案:741，LM358J

3. 仿真工具方案:Multisim12.0

北京工业大学课程设计报告

3总体方案

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

3.1 总体方案介绍

(a) 带通滤波器原理框图

(b)电路图 (c)幅频特性

图3.1 二阶带通滤波器

3.2 电路设计原理

通带增益

北京工业大学课程设计报告

中心频率

通带宽度

选择性

此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例(要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为: ——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

通带中心频率f0?10kHz

通带中心频率处的电压放大倍数:

带宽:

设计步骤:

1)选用图3.1图(b)电路。

2)该电路的传输函数: 品质因数:

通带的中心角频率:

通带中心角频率处的电压放大倍数:

取，则:

北京工业大学课程设计报告

因为实验室器材有限，R1用10kΩ电阻，R2用2kΩ电阻。C1,C2

采用0.01μF

1.LM358单电源供电如图

3.2.1

图3.2.1.1 LM324单电源供电

LM324J双电源供电如图

3.2.2

图3.2.1.2 LM324双电源供电

2(741单电源供电如图3.2.2.1

北京工业大学课程设计报告

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

图3.2.2.1

741双电源供电如图

3.2.2.2

图3.2.2.2

3.3 软件仿真与测试分析

经过Multisim软件仿真，双电源仿真结果如图3.3.1:

频率为1kHz如图3.3.1 频率为10kHz中心频率时如图

3.3.2

图3.3.1 图3.3.2

频率为100kHz如图3.3.3

北京工业大学课程设计报告

图3.3.3

波特图如图3.3.4

交流分析如图

3.3.5

图3.3.4 图3.3.5

经过Multisim软件仿真，单电源仿真结果如图

频率为1kHz图3.3.6 频率为10kHz为中心频率时如图3.3.7

——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

北京工业大学课程设计报告

图3.3.6 图3.3.7

频率为100kHz如图3.3.8 波特图图

3.3.9

图

3.3.8图3.3.9

交流分析图

3.3.10

图3.3.10

北京工业大学课程设计报告

3.4 硬件仿真与测试分析

经过实验室仿真，结果如下:

1(双电源供电图3.4.1 频率为10kHz图3.4.2

图

3.4.1 图3.4.2

频率为31.31kHz图3.4.3 频率为1.178kHz图

3.4.4

图3.4.1 图3.4.4

2.单电源供电图3.4.5 频率为——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

10kHz图3.4.6

北京工业大学课程设计报告

图3.4.5 图3.4.6

频率为119hz图3.4.7 频率为317.4kHz图

3.4.8

图3.4.7 图3.4.8

3.5问题解决与讨论

北京工业大学课程设计报告

4(结论

模电部分我做的二阶有源带通滤波器。从仿真开始就一路出错，无法满足足够的衰减的系数。最终，在参考了别人的参数之后我们的——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

仿真勉强过关了，而连电路方面又遇到了问题。最开始连得电路，其

实已经实现了功能了，但是因为对其波形不熟悉，所以自以为是的拆

掉了重新连了一遍，换了个方式之后，在之后的7,8次重新连的电路

里，都没有成功，而且还烧了个芯片。在一遍遍的尝试之后，我们对

我的电路图提出了质疑，在仔细的检查之后发现示波器连接位置出错

导致结果一直没有出现，在解决问题之后我们的结果就正确的出现了。

5(参考文献

,1,罗杰，谢自美.《电子线路设计实验测试》.第四版.电子工

业出版社，2008 ,2,阎石，数字电子技术基础，第五版，高等教育

出版社，2006

,3,康华光，电子技术基础(模拟部分)，第五版，高等教育出

版社，2006 ,4, 郑步生吴渭，Multisim 2001电路设计及仿真入门

与应用，电子工业出版社，2002

6.附录

6.1 元器件明细表

运算放大器 1个

0.01μF电容 2个

10K电阻 1个

2K电阻 ——————————————————————————————————————

------------------------------------------------------------------------------------------------

1个

5.1K电阻

2个

6.2设计环境与设备清单

实验箱

北京工业大学课程设计报告

6.3附表

表1 带通滤波器仿真/测试表

——————————————————————————————————————

转载请注明出处范文大全网 » 模拟电子技术设计二阶带通滤波器、rc串并联网络振荡电路