文档介绍：《RC有源滤波器快速设计》
实验报告
小组成员: 黄文成
习灿
方丹
指导老师: 汤依婷
湖北经济学院电子工程系
摘要: 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定范围内的频率通过,抑制或者急剧衰减频率范围以外的信号。因受到运算放大器带宽的限制,这类滤波器仅适用于低频范围。根据频率范围可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。滤波器的用处非常大,它可以处理信号,虑去无用的干扰信号,使信号满足自己的需要。如许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器,以选出各个不同频段的信号,在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。目前,滤波器被广泛用于通信、广播、雷达以及许多仪器设备中。
设计性能指示要求
方案(一)
一级二阶低通与一级二阶高通级联。截至频率,, 增益阻带衰减速度为-40dB/10倍频
方案(二)
一级二阶带通滤波器。中心频率,增益,品质因素
一、方案设计
方案(一)
实现二阶带通滤波器的电路有压控电压源(VCVS)电路和无限增益多路反馈(MFB)电路。如果要求带宽BW的范围很宽,可采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器相级联,但其阻带的衰减率为-40db/10倍频程,滤波器的带宽由两个滤波器的截止频率所决定。所以我们选用一个截止频率为300Hz,增益为2的二阶低通滤波器和一个截止频率为3KHz,增益为5的二阶高通滤波器。
方案(二)
二阶带通滤波器的性能参数有中心角频率或,对应的增益为,带宽,品质因素,值越高,滤波器选择性越好,衰减速度越高,但值也不能太高,否则会使电路难以调整,故取。
二、电路设计
设计步骤:
根据截至频率选定一个电容C的标称值(单位),使其满足()
设计表中查出与对应的电容值及时的电阻值,再将这些电阻值乘以参数K,得到电阻的设计值。
实际调整并修改电容、电阻值,测量滤波器的性能参数是否满足设计要求。
三、调试与测试结果
、高通滤波级联仿真电路图
调试结果
低通和高通级联电路输出波形图
误差分析
①元器件误差,由于计算得出的元件参数比较理想化,而实际中用的元件很难匹配所有的参数。
②仪器误差。函数发生器大约有50Ω内阻,示波器本身误差示数误差以及波形的抖动造成的误差。
③直流稳压电源的输出值并不完全等于理论值。这对放大倍数有所影响。
四、讨论与心得体会
这次我们我们参与设计的是一个RC二阶有源滤波器,有两个可选方案:其一是利用一个二阶低通和一个二阶高通级联,另一个是直接设计一个带通滤波器。
首先还是了解设计原理及要求,实验整体比较简单。按照性能指标和设计步骤,我们首先通过查看设计表选择电路形式、确定电容值并计算出对应的电阻值;然后,我们利用仿真软件很顺利地连接好电路图并得到符合性能指标要求的仿真结果;接着根据计算出来的电阻值及实验室的现有资源,电路需要两个甚至多个电阻串联;准备好所有元器件之后我们开始在面包板上搭电路,快速连接好电路之后我们开始接入电源和信号源用示波器测输入输出电压。级联部分的低通电路输出基本满足要求,但是接入高通电路之后并没有得到预计的结果,输出电压没有放大反而缩小了,我们觉得可能是电路连接的问题,所以便逐级去检查电路,经过多次检查确定无误后再次测试发现还是有问题,然后我们猜测可能是芯片的问题,更换芯片之后输出结果有所改善但仍然不符合设计要求,我们有些失望,但发现其它组也出现了类似的情况。
我们了解到这个实验本身会产生较大的误差,再加上实验室里各种仪器设备的限制,所以经过反复检查、排除各种可能的原因,并对照仿真电路一步一步、耐心地调试,很庆幸我们最终的输出电压值基本符合性能指标要求。
这次的实验看似简单,实验过程和结果却差强人意,然而,我们觉得应该更重整个的实验过程。从个元器件的选择到电路的仿真再到在面包板上搭建电路和最后的波形调试,我们分工合作、相互协调、通过解决遇到的各种问题这一过程在培养耐心、细致的态度的同时也提高了自己的能力。相信在下一次的实验设计中我们一定可以做得更完美!
附:
元器件清单
元器件
型号
数量/个
电阻R
3
1kΩ
3
2kΩ
2
2
1
2
10kΩ
2
20kΩ
1
22kΩ
5