低通宽带滤波电路的设计_精品文档.doc
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泉州师范学院
毕业论文(设计)
题目低通宽带滤波电路的设计
物理与信息工程学院电信专业07级
(1)班
学生姓名陈剑萍学号070303013
指导教师袁放成职称教授
完成日期2011年4月
教务处制
目录
引言 4
1.滤波器的发展史 4
2.滤波器的基础知识 4
2.1滤波电路的定义 4
2.2滤波电路的种类 4
2.3有源低通滤波器的种类 6
3系统总体设计 6
3.1有源低通宽带滤波电路的指标要求 6
3.2设计思路 7
3.3OPA690ID的引脚图 7
3.4电路原理 7
4.软件NIMultisim10仿真有源低通滤波器 8
4.1软件NIMultisim10的简介 8
4.25MHz巴特沃斯的仿真结果 9
4.310MHz巴特沃斯的仿真结果 10
5系统测试及数据分析 10
5.1测试仪器 10
5.2测试相关数据 11
5.2.15MHz的数据记录和表格 11
5.2.210MHz的数据记录和表格 14
5.3测试结果分析 16
5.4结论 16
6心得体会 16
致谢 16
参考文献:
17
英文摘要 17
附录 17
低通宽带滤波电路的设计
物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业
(1)班070303013陈剑萍
指导教师袁放成教授
【摘 要】:
本设计以集成运放OPA690ID为核心器件,先通过软件NIMultisim10仿真四阶有源低通宽带滤波电路,观察通频带,再根据仿真结果制作硬件电路,测试增益起伏,观察波形。
本文设计的四阶有源低通宽带滤波电路原理图比较简单,采用的器件较少,制作比较方便。
【关键词】:
低通宽带滤波;OPA690ID;NIMultisim10
引言
当今世界,通信和电子技术发展非常迅速,电子技术也越来越受到人们的重视,而信号放大或处理领域经常会用到滤波电路。
对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路,它的功能是使特定频率范围内的信号通过,而阻止其它频率信号通过[1]。
在实际工程中有源低通滤波电路是应用广泛的电路,常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等,目前在通讯、声呐、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。
有源滤波电路一般由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。
有源滤波电路不适于高电压大电流的负载,只适用于信号处理[1]。
有源滤波电路的优点:
反馈稳定性较好;传输阻抗比较低;频率响应较理想;抗干扰能力比较强;电路设计简单,带负载能力强,级与级之间隔离性好,并对信号可起放大作用。
1.滤波器的发展史
随着通信和电子技术的发展,滤波器的理论和应用也发展很快,滤波器作为一门发展学科,至今已有九十几年的历史。
1915年德国K.W.华格纳和美国贝尔实验室的G.A.坎贝尔分别提出关于滤波器的论文,被世界公认为滤波器的独立发明者。
滤波器在60年代的发展上了一个新台阶,主要是在这年代计算机技术、集成工艺和材料工业的迅速发展,并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力,其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。
导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展,到70年代后期,上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。
80年代,致力于各类新型滤波器的研究,努力提高性能并逐渐扩大应用范围。
90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。
当然,对滤波器本身的研究仍在不断进行。
无源滤波器在50年代更日趋成熟。
而RC有源滤波器的发展历史更早,可追溯到1938年斯科特(Scoot)的选择放大器,但是直到1954年林威尔(Linvill)用负阻抗变换器的转移阻抗综合才实现了第一个有源滤波器。
从此以后才开始大量研究有源滤波器,1955年出现了应用单放大器实现了有源RC滤波器,为实用设计开辟了新途径。
1965年单片集成运放问世,省去制作麻烦,成本高的电感,为有源滤波器的迅速发展和普及提供了物质基础。
我国的滤波器在50年代以后发展迅速,因此在50年代以后被广泛应用,发展至今,我国的滤波器在研制、实际应用有了进步和提高,但还是跟国际的水平有一定的差距。
2.滤波器的基础知识
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,它的功能是使特定频率范围内的信号通过,而阻止其它频率信号通过[1]。
其主要功能是让有用的信号尽可能无衰减通过,对无用的信号尽可能大的衰减。
2.2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fp,频率低于fp信号能够通过,高于fp的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波器;反之,频率高于fp
的信号能够通过,而频率低于fp的信号被衰减的滤波电路称为高通滤波器。
低通滤波器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;高通滤波器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fp的信号[1]。
设低频段的截止频率为fp1,高频段的截止频率为fp2,频率为fp1到fp2之间的信号能够通过,低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器;反之,频率低于fp1和高于fp2的信号能够通过,而频率低于fp1到高于fp2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。
带通滤波器常用于载波通讯或弱信号提取等场合,以提高信噪比;带阻滤波器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同样的比例系数,但对于不同频率的信号将产生不同的相移[1]。
理想滤波电路的幅频特性如图2-1所示。
允许通过的频段称为通带,将信号衰减到零的频段称为阻带。
图2-1理想滤波电路的幅频特性
(a)LPF的幅频特性(b)HPF的幅频特性
(c)BPF的幅频特性(d)BEF的幅频特性
四种滤波电路的幅频特性如图2-2所示。
(a)(b)
(c)(d)
图2-2四种滤波器的幅频特性曲线
(a)LPF幅频特性(b)HPF幅频特性
(b)BPF幅频特性(d)BEF幅频特性
2.3有源低通滤波器的种类
滤波器的品质因数Q,也称为滤波器的截止特性系数。
其值决定于f=f0附近的频率特
性。
按照f=f0附近频率特性的特点,可将滤波器分为巴特沃斯、切比雪夫、和贝塞尔三种类型。
图2-3是三种类型LPF的幅频特性,巴特沃斯的品质因数为0.707,切比雪夫的品质因数为1,贝塞尔的品质因数为0.56。
巴特沃斯滤波器的幅频特性无峰值,在f=f0附近的幅频特性曲线为单调减。
切比雪夫滤波器在f=f0附近的截止特性最好,曲线的衰减斜率最陡。
贝塞尔滤波器的过度特性最好,相频特性无峰值[1]。
图2-3三种类型LPF的的幅频特性
3系统总体设计
3.1有源低通宽带滤波电路的指标要求
(1)3dB通频带0~10MHz;
(2)在0~10MHz通频带内增益起伏≤1dB;
(3)正弦波信号波形无明显失真.
3.2设计思路
本设计为四阶低通滤波器。
在此电路中,用到两片集成运放OPA690ID、稳压芯片78LM05、79LM05和一些电容、电阻。
OPA690ID是双电源供电的通用型单运算放大器,输入电流小输出电流大,是波形发生器、滤波器、运算器等其它电路的重要组成成分。
设计低通滤波器时,如果要改变通频带频率,往往要改变较多的元件参数,而在本次设计中通过滤波器设计软件FilterSolutions和仿真软件NIMultisim10,最终设计四阶的低通滤波器。
3.3OPA690ID的引脚图
OPA690ID引脚说明[2]
1,5脚:
空脚。
2脚:
反相端输入脚。
3脚:
同相端输入脚。
6脚:
输出端。
4脚:
负电源端。
7脚:
正电源端。
8脚:
偏差校正。
其引脚功能如图3-1所示:
图3-1OPA690ID的引脚图
3.4电路原理
图3-2是由集成运放OPA690ID及稳压芯片7805、7905和一些电阻电容组成的四阶有源低通滤波器[3]。
图3-2-15MHz巴特沃斯的原理图
图3-2-210MHz巴特沃斯的原理图
4.软件NIMultisim10仿真有源低通滤波器
4.1软件NIMultisim10的简介
NIMultisim10是美国国家仪器公司(NI,NationalInstruments)最新推出的Multisim版本,是该公司电子线路仿真软件EWB(ElectronicsWorkbench,虚拟电子工作台)的升级版。
目前美国NI公司的EWB包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、
布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分,能完成从电路的仿真设计到电路版图生产的全过程。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分相互独立,可以分别使用。
Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版、专业版、个人版、教育版、学生版和演示版等多个版本,各版本的功能和价格有着明显的差异。
NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工器件,虚拟电子与电工仪器和仪表,实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。
NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
NIMultisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验室用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。
而且还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
NIMultisim10具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。
NIMultisim10可以设计、测试和演示各种电子电路,包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。
可以对被仿真电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。
在进行仿真的同时,软件还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单,以及存储测试
仪器的工作状态、
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