带阻滤波器设计范文Word格式文档下载.docx
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根据课设要求,我们选择巴特沃斯(butterworth)滤波电路。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性,但是通带到阻带衰减较慢。
由于要求为-40dB/十倍频程,选择二阶有源低通滤波器电路,即n=2。
方案一、压控电压源二阶带阻滤波器
这种电路的性能和带通滤波器相反,即在规定的频带内,信号不能通过(或受到很大衰减或抑制),而在其余频率范围,信号则能顺利通过。
在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。
电路图如下:
方案二、无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器
该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成
3、单元电路设计与参数计算
(1)直流电源部分
直流电源由电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路四部分构成。
1、稳压电源的组成框图
负
载
稳
压
滤
波
整
流
变
2、电路图
3、整流、滤波电路
用四个整流二极管组成单相桥式整流电路,将交流电压U2变成脉动的直流电压,为了减小电压的脉动,再经滤波电容C1滤除纹波,输出直流电压Ui,UI=1.2U2
为了获得较好的滤波效果,在实际电路中,应选择滤波电容的容量满足RLC=(3~5)T/2的条件。
两个二极管分别与LM7812和LM7912反向并联,取到保护电路的作用。
同时在后面有两个发光二极管监视电路。
4、稳压电路
稳压电路中用三端固定稳压器组成固定电压输出电路,用C为抗干扰电容,用以旁路在输入导线过长时窜入的高频干扰脉冲,Ci是用来改善输出瞬变特性和防止电路产生自激振荡.所接的二极管对稳压器起保护作用,防止输入端短路时C2上电荷对稳压器内部放电使内部输出管击穿而损坏。
三端固定式集成稳压器构成稳压电路时要求输入电压Ui不能过低,
Ui—U0>
3V
根据输出电压、电流选用三端集成稳压器及输入电压。
(2)二阶带阻滤波器部分
所选用的的电路为压控电压源二阶带阻滤波器电路:
电路性能参数
通带增益
中心频率
带阻宽度
B=2(2-Aup)f0
选择性
电路的传输函数
其中,通带电压放大倍数
阻带中心处的角频率
品质因数
其中R1=R2则Q=0.5
根据截止频率fH=2000Hz,fL=200Hz;
可得知中心频率fo=1100Hz,中心频率
试验中选用电容C=100nf,因此可求R=1.448K欧姆,R/2=0.724K欧姆。
电压增益中R1=20k,Rf=10k,Av=1+Rf/R1=1.5.(课程设计要求要求是1——2)。
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
直流电源电路
压控电压源二阶带阻滤波器
波特图所显示的幅频特性
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注(单价)
三端稳压管
LM7812
1
输出直流电压+12V
LM7912
输出直流电压—12V
T1
Ua741
0.2
c1
瓷片电容
100nf
2
0.3
c2
220nf
C1,C2
电解电容
3300uf
C3,C4
0.33uf
C5,C6
220uf
C7,C8
0.1uf
D
二极管IN4007
6
0.4
LED1,2
发光二极管
表示有电流
R
1.45K
0.1
500
R1
20K
Rf
10K
五、安装与调试
(一)静态调试:
用万用表对电路板进行静态测试,目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。
静态调试没有问题之后方可以到实验室进行动态测试,主要测试参数有正弦波的幅值,输出波形频率范围。
(二)动态调试:
仔细检查装好的电路,确定元件与导线连接无误后,接通电源。
在电路的输入端假如Vi=200mv的正弦信号,慢慢改变输入的信号的频率(注意保持Vi的不变),用示波器观察输出电压的变化。
在滤波器的截止频率附近,观察电路是否具有滤波特性,若没有滤波特性,应检查电路,找出故障原因并排除之。
若电路具有滤波特性,可进一步进行调试。
对低通滤波器应观测其截止频率是否满足设计要求,若不满足设计要求应根据公式,确定应调整哪个元件才能使截止频率既能达到设计要求又不会对其它的指标参数产生影响。
然后观测电压放大倍数是否满足设计要求,若不达到要求,应根据相关公式调整有关的元件,使其达到设计要求。
通过测试设计值点电路板的结果,对电路板进行修正以达到设计要求。
设计指标:
fo=1100Hz,增益为Av=1——2,-40dB/十倍频程。
输入信号Vi=200mv,观察滤波器的截止频率fc及电压放大倍数Av。
按要求理论测试结果应为:
在相对低频时,如f1为200Hz时,电压放大倍数为1.5;
在f=1100Hz时,Av=0;
在相对高频时,如f1为2000Hz时,电压放大倍数为1.5。
六、性能测试与分析
在已经调试好的电路中使VI=200mv,不断调节输入信号的频率并记录在调试过程中的23组数据分别记录下输入电压的频率还有输出的Vo。
在仿真软件中得到的在三个频率下的输出电压如下
F=10hz
f=1100hz
f=2000hz
电路测试得到的输出电压和频率Vo~f关系表如下:
序列
3
4
5
7
8
f/hz
50
100
150
200
250
350
Vo/mv
298
285
260
236
198
9
10
11
12
13
14
15
16
750
900
1100
1200
1300
1450
1600
1750
154
91
89
139
186
238
249
17
18
19
20
21
22
23
1800
1900
2000
2100
2200
2500
3000
270
根据数据记录画出它的频率特性曲线在图中可以看到,实验所测的数据与仿真软件中的波特图显示的接近,如下图
从数据上分析实验中所得的数据符合该实验设计的要求:
误差计算:
(1)直流电压源
1.变压器的副边输出电压为15.6V
理论U=15V
η1=(15.6-15)/15*100%=4%
2.整流滤波电压稳压管的输入电压均为20.5V
理论U=20V
η2=(20.5-20)/20*100%=2.5%
3.稳压管输出电压UO1=+12V
UO2=-11.9V
理论UO1=+12V
UO2=-12V
η3=(12-12)/12*100%=0
η4=(12-11.9)/12*100%=0.833%
(2)滤波电路
1.输出电压频率为0时为Uo=298mv
理论Uo=300mv
η5=(300-298)*300=0.7%
2.中心频率为F0=1.09Khz
理论F0=1.1Khz
η6=(1.1-1.09)*1.1=0.9%
3.下降速率-40dB/十倍频
理论-40dB/十倍频
η7=(40-40)*40=0
误差分析:
1,实验毕竟是实验与理论有所差别,试验中的输入信号不稳定可能造成误差。
2,电路板上所用的各元件并不是完全和我们所计算的理论值相等,大小有些不同。
3,选用的实验元件受温度的影响,实验时间过长导致的误差产生。
七、结论与心得
利用公式法设计有源二阶带阻滤波器,要求解多元高阶方程组;
若采用查表法求解电路参数,就简单得多。
因此应尽量采用查表法求解电路参数,以减少电路运算复杂程度。
虽然可能误差很大,但是能够带来很大的方便。
初学设计时尽量能快速找到解决问题,培养解决问题的能力,积累设计经验。
通过此次的课设,我学到了很多知识,跨越了传统方式下的教与学的体制束缚,在论文的写作过程中,通过查资料和搜集有关的文献,培养了自学能力和动手能力。
并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识,这可以说是学习方法上的一个很大的突破。
在以往的传统的学习模式下,我们可能会记住很多的书本知识,但是通过课程设计,学会了如何将学到的知识转化为自己的东西,学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。
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