带通滤波器系统仿真及设计教材.docx
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带通滤波器系统仿真及设计教材
信息与电气工程学院
电子电路仿真及设计CDIO三级项目
设计说明书
(2013/2014学年第二学期)
题目:
带通滤波器系统仿真及设计
专业班级:
通信工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计周数:
2周
2014年7月11日
1设计目的与要求………………………………………………………2
1.1设计目的……………………………………………………2
1.2设计要求……………………………………………………2
2振荡器设计……………………………………………………………2
2.1振荡器的组成………………………………………………2
2.2振荡器的参数计算…………………………………………2
2.3仿真原理图…………………………………………………3
2.4仿真结果……………………………………………………3
3带通滤波器设计………………………………………………………4
3.1滤波器原理…………………………………………………4
3.2方框图………………………………………………………4
3.3带通滤波器参数……………………………………………5
3.4仿真原理图…………………………………………………5
3.5仿真结果……………………………………………………6
4系统整体………………………………………………………………7
4.1仿真原理图…………………………………………………7
4.2仿真结果……………………………………………………7
5实际结果……………………………………………………………10
6实践心得……………………………………………………………11
7参考文献……………………………………………………………11
带通滤波器系统仿真及设计
1设计目的与要求
1.1设计目的
(1)学习电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器的设计原理;.
(2)由电源、振荡器、滤波器设计指标计算电路元件参数;
(3)设计电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器;
(4)熟练掌握焊接技术及multisim软件的应用;
(5)测量有源滤波器的幅频特性。
1.2设计要求
(1)设计一个线性电源,根据整流、滤波、稳压原理设计正负5V直流电源;
(2)根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器,该振荡器频率可调,能满足该滤波系统的所要求的频率范围和幅度,在此基础上设计带通滤波器(中心频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz;通带内增益Ap=1~5);
(3)设计方法:
采用各种电子器件构成带通滤波器电路。
(4)画出有源滤波器的幅频特性曲线图;
(5)写出设计报告。
2振荡器的设计
2.1振荡器的组成
(1)正反馈环节:
由RC串、并联电路构成,同时起相位起振作用和选频作用。
同步调整串并联RC谐振电路中的两个电阻,或者同步调整两个电容,可以调整振荡频率,本电路采用的是固定电容值,同时改变两个电阻来进行振荡频率的调节。
(2)负反馈环节:
由、、及二极管等元件构成,其中、、主要作用是引入负反馈。
(3)稳幅环节:
稳幅环节是利用两个反向并联二极管、,正向电阻的非线性特性来实现的,二极管要求采用温度稳定性好且特性匹配的硅管,以保证输出正、负半周波形对称;的作用是削弱二极管非线性的影响,以改善波形失真。
2.2振荡器的参数计算
(1)中心频率:
(2)振荡范围:
795.4Hz~150.6kHz
(3)环路增益:
(4)起振条件:
即
图2-1文氏桥正弦波振荡器电路图
2.3仿真原理图
2.4仿真结果
图2-2文氏桥振荡器起振图像
(1)起震时的
图2-3文氏桥振荡器稳定图像
(2)稳定时的
3滤波器设计
3.1滤波器原理
滤波器是一种能够使有用频率信号通过,而同时抑制(或衰减)无用频率信号的电子电路或装置,在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。
有源滤波器是由集成运放、电阻R、电容C组成,其开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗又低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用,但因受运算放大器频率限制,这种滤波器主要用于低频范围。
3.2方框图
图3-1RC有源滤波器方框图
各部分电路的作用:
(1)RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用,滤掉不需要的信号,这样在对波形的选取上起着至关重要的作用,通常主要由电阻和电容组成。
(2)放大器的作用电路中运用了反相输入运放,同时进行信号的放大。
(3)反馈网络的作用将输出信号反馈到前级端口,其中的电路称为反馈网络,反馈网络分为正、负反馈。
3.3带通滤波器参数
对于电路的设计中,首先确立带通滤波器的放大倍数为2,中心频率为2kHz,因此,品质因数为20,电容值C为10nF,因此根据如下公式得电路中相应电阻值与通带宽带。
(1)的取值
(2)的取值
(3)的取值
(4)通带宽度
本电路的优点是品质因素高,选择性好,通带宽度小,但同时也导致了电路的稳定性差。
计算的通带宽度为96.46Hz,上限截止频率2048.23Hz下限截止频率1951.77Hz。
图3-2带通滤波器电路
3.4仿真原理图
、、、、、、组成RC网络,其中、、组成二阶反馈网络,UA741CD为集成运放放大器。
3.5仿真结果
(1)电路交流分析
图3-3带通滤波器交流分析
(2)信号波形分析
图3-4带通滤波器信号波形分析
4系统整体
图4-1振荡器与滤波器结合电路
4.1仿真原理图
4.2仿真结果
图4-2滑动变阻器为
(1)当,频率为2.65kHz。
(2)当,频率为2.27kHz。
图4-3滑动变阻器为
(3)当,频率为1.99kHz。
图4-4滑动变阻器
(4)当,频率为1.77kHz。
图4-5滑动变阻器
(5)当,频率为1.59kHz。
图4-6滑动变阻器
5实际结果
图5-1滑动变阻器
图5-2滑动变阻器
图5-3滑动变阻器
图5-4滑动变阻器
图5-5滑动变阻器
6实践心得
通过为期两周的实践课的学习,我们深刻的感受到了理论与实践相结合。
从上网查资料、学习multisim软件应用、电路的设计以及调试,到实际中焊接电路板、示波器的调试都需要我们小组成员齐心协力团结合作。
不仅提高了我们的自学能力和团结协作能力,而且让我们在实践中体会到了实际动手能力的快感。
在我们看来,课程设计是实验的一个升华,它是对我们掌握的课本知识进行的一个总的考察和提升,比理论更具有锻炼意义,是真正的让我们将课本的理论知识运用于实践的过程,让我们不仅仅是死学知识,更要学会灵活的运用它们。
不过虽然是学过的东西,要真正做起来,也并没那么简单。
了解带通滤波器与振荡器的特性之后,结合题目要求,我们一遍一遍的调试,最后得到最理想的结果,设计出了我们所要求的振荡器、滤波器。
整个两周的课程设计下来,我们最大的体会就是齐心协力的重要性。
无论是在查资料时,还是在相互讨论时,都体现了团队精神的意义,我们一起相互交流,相互合作,不懂的问题相互讨论,最后把都不会的汇总起来一起问老师,整个过程相当融洽自然,工作相当顺利。
7参考文献
[1]郑君里.信号与系统[J]高等教育出版社,2011
[2]谢嘉奎.电子线路非线性部分[J]高等教育出版社,2000
[3]宋家友,张友汉.新编电子线路设计实用手册[J]福建科学技术出版社,2007
评语
成绩
指导教师
(签字)
年月日
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- 关 键 词:
- 带通滤波器 系统 仿真 设计 教材
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