二阶高通滤波器模电课设报告.docx

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二阶高通滤波器模电课设报告

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电路课程设计

课程设计题目：

二阶高通滤波器

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

专业：

通信工程班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

2013年3月12日

南昌航空大学

模拟电路课程设计任务书

2012－2013学年第2学期　第1周－3周

题目

二阶高通滤波器的设计

内容及要求

①　分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；

②　截止频率fc=100Hz；

③　增益AV＝5；

进度安排

第1周：

查阅资料，到机房学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；

第2周：

领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；

第3周：

检查设计结果、撰写课设报告。

学生姓名：

指导时间：

周一、周三、周四下午

指导地点：

E楼311室

任务下达

2013年2月25日

任务完成

2013年3月15日

考核方式

1.评阅

　2.答辩□3.实际操作

　4.其它□

摘要

二阶高通滤波器的设计可以用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计。

通过有源高通滤波电路，先控制电阻或者电容一个变量可以求出满足设计要求的各个元件参数。

再根据设计电路图及其参数进行Multism仿真调试。

寻找合适的元件进行焊接，焊接时要特别注意，仔细检查安装好的电路，确定无误后，接通信号源进行调试，最后得到满足实验要求的电路。

关键字：

高通，滤波，放大，二阶

前言5

第一章设计内容1.1设计原理6

1.2设计方案7

1.2.1压控电压源二阶高通滤波器7

1.2.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器7

1.3参数设计8

1.3.1压控电压源二阶高通滤波器参数设计8

第二章仿真、焊接和调试9

2.1仿真9

2.1.1压控电压源二阶高通滤波器9

2.1.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器11

2.2焊接13

2.3调试13

2.4性能测试与分析14

第三章实验总结14

3.1结论结论与心得14

3.2对本设计优缺点的分析14

参考文献15

附录一15

元器件清单15

附录二17

集成运放管脚17

前言

二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。

高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。

对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。

其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。

本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。

二者电路都是基于芯片LM324设计而成。

将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了5倍。

现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。

第一章设计内容

1.1设计原理

具有理想的幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的滤波器的滤波器去逼近理想的，常用的逼近方法是巴特沃斯最大平坦响应和切比雪夫等波动响应。

一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性就越差，反之亦然。

滤波器的阶数n越高，幅频特性衰减的速率就越快。

但RC网络节数越多，元件计算越繁琐，电路调试越困难。

因为任何高阶滤波器都可以用较低阶的滤波器级联实现，故本课题主要设计具有巴特沃斯响应的二阶高通滤波器。

二阶高通滤波器的传输函数是：

（1.1）

实现该传输函数的电路有电压控制电压源（VCVS）电路和无限增益多路反馈（MFB）电路。

1.2设计方案

1.2.1压控电压源二阶高通滤波器

图1.2.1所示为压控电压源电路，其中运算放大器为同相输入接法，因此滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，故称这种电路为电压控制电压源电路。

其优点是电路性能稳定，增益容易调节。

图1.2.1

电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。

当信号频率趋于零时，负反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而Up（s）趋于零。

所以，只要正反馈引入得当，就既可能在f=f0时使电压放大倍数数值增大，又不会因负反馈过强而产生自激振荡。

同相输入端电位控制由集成运放和R1、R2组成的电压源，故称压控电压源滤波电路。

同时该电路具有源减少、增益稳定、频率范围宽等优点。

电路中C、R构成反馈网络。

1.2.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器

与压控电压源高通滤波电路类似，无限增益多路反馈滤波电路也是通过增加RC环节，使得滤波器的过渡带变窄，衰减斜率值加大，电路图如图2.2.2所示。

在无限增益多路反馈电路忠，运算放大器为反向输入接法，由于放大器的开环增益为无限大，反向输入端可以视为虚地，输出端通过C3、R2的连接，改善f0附近的频率特性，形成两条反馈支路，实现的一路反馈的效果，故称这种电路为无限增益多路反馈电路，其优点是电路有倒相作用，使用元件较少，但增益调节不太方便，对其他性能参数有一定的影响，其应用范围比压控电压源电路要小。

图1.2.2

1.3参数设计

1.3.1压控电压源二阶高通滤波器参数设计

（注：

两电容相同，接地的R为R3）压控电压源反馈增益为Au=1+Rf/R1，R1取1k则Rf取4k,增益为5。

电容C1=C2=0.1uf，由

，R2=30K，R3（接地）=9K

1.3.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器的参数设计

增益Au=—C1/C3，取C1为0.1uf，则C3为0.022uf。

查阅《电子线路设计实验测试》中“二阶高通滤波器（巴特沃斯响应）设计表”可

选R1=10.23K，R2=123.79K。

实际R1取10k，R2取120k。

第二章仿真、焊接和调试

2.1仿真

2.1.1压控电压源二阶高通滤波器

根据设计电路图及其参数进行Multism仿真调试，结果如下

电路为

（2.1.1）

输入图为

其中输入信号电压为1V，频率为200Hz;

输出图为：

2.1.2无限增益多路反馈二阶高通滤波器

电路为

（2.1.2）

输入图为

其中输入信号电压为1V,频率为260Hz；

输出图为

波特测试仪图为

可知其截至频率为92.69Hz;

2.2焊接

在焊接前应该先根据电路排好版，避免焊接的时候出现线路重叠或者混乱，这样容易出现错误，也不容易检查。

同时焊接线路之前应先焊接好元器件的各个管脚在布线时应尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用，而且方便进行调试。

特别要注意不能将焊锡直接加在烙铁！

焊接时一定不能出现虚焊、假焊、漏焊等等。

。

。

2.3调试

仔细检查安装好的电路，确定元件与导线连接无误后，接通信号源进行调试。

保持输入电压振幅不变，慢慢由小到大改变输入频率，观察截止频率。

高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，应根据有关的公式，确定应调整哪一个元件才能使截止频率既能达到设计要求又不会对其他指标参数产生影响。

然后观测电压放大倍数是否满足设计要求，若达不到要求，应根据

相关的公式调整有关的元件，使其达到设计要求。

2.4性能测试与分析

压控电压源：

要求增益5仿真增益5实验测得5.3

无限增益反馈：

要求增益5仿真增益4.9实验测得4.3

误差分析：

（1）电阻的标称值与真实值之间存在误差

（2测量仪器的误差，主要是示波器的量化误差

（3）系统误差，主要是测量仪器内阻的影响，导致仪器的读数值与电路的真实值之间存在误差。

（4）电源电压输出值与真实值之间存在误差。

（5）示波器及函数信号发生器抗干扰能力差，产生误差。

第三章实验总结

3.1结论结论与心得

1、由此课程可知，二阶滤波器的设计有压控电压源和无限增益多路反馈二种方法，一种是有一个简单的二阶高通滤波器，将其接地的电容C1端接到集成运放的输出端构成的压控电压源二阶高通滤波电路；另一种是通过

改变简单的二阶高通滤波器的连接，改善

附近的频率特性，就构成了无限增益多路反馈电路。

此次课程设计是基于一阶高通滤波器，通过RC网络，加大幅频特性衰减斜率，是幅频特性曲线更趋于理想化，从而提高滤波效果。

3.2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，首先根据电路图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后进行了认真仔细计算，最终得到了这两个电路各个元器件的参数。

当然，在公式的计算中为了简化计算，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。

最后得到的元器件参数有部分现实中不存在的值，这时只能以相近的元器件带头，同时这会带来一定的误差，这是不可避免的一个不足之处。

另外元器件的参数也存在一定的误差，这也导致实验结果的误差。

参考文献

[1]康华光．模拟电子技术基础．武汉：

高等教育出版社2005.7．

[2]舒庆莹，凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：

武汉理工大学出版社2008.2．

[3]童诗白.模拟电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社2005

[4]徐国华.电子技能实训教程.北京:

北京航空航天大学出版社2006

附录一

元器件清单

元件名称

元件参数

元件数量

芯片

LM324

1

uA741

1

电阻

20K

4

10K

3

5.1K

1

3K

2

200

1

电容

0.1uF

2

0.022uF

1

附录二

集成运放管脚