文档介绍：新疆大学
课程设计报告
所属院系: 电气工程学院
专业: 风能与动力工程
课程名称: 电子技术基础A
设计题目: 有源高通滤波器的设计
班级: 风能12-1
学生姓名: 黄博
学生学号: 20122105214
指导老师: 程静、刘兵
完成日期:
课程设计题目4:有源高通滤波器的设计
要求完成的内容:设计一个有源高通滤波器。技术指标要求为:
下限截止频率为fL=1000Hz,通带电压放大增益|Av|=1,在f = ,幅值衰减
大于50dB 。建议运算放大器选取(LM741或LM353)。
要求:(1)根据设计要求,确定电路的设计方案,初选电路元器件,设置参数。
(2)仿真分析、测量电路的相关参数,修改、复核,使之满足设计要求。
(3)综合分析计算电路参数,验证满足设计要求后,认真完成设计报告。
评分标准:
(1)设计思路是否清晰;
(2)单元电路正确与否;
(3)整体电路是否完整及满足设计要求;
(4)说理说明是否正确;
(5)报告格式及版面是否清晰;
(6)答辩过程中回答问题是否正确。
指导教师评语:
评定成绩为:
指导教师签名: 2014年 6月 20 日
有源高通滤波器的设计
一、设计方案
1、工作原理
滤波电路是一种能使有用频率通过,同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多,由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感,体积小,重量轻,有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制,有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和带阻等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路,高频滤波电路则与低频滤波电路相反,带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路,带阻滤波器和带通滤波器相反,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。
设计方案
(1)方案一:二阶有源高通滤波器
图1二阶有源高通滤波电路
方案二:四阶有源高通滤波器
图2四阶巴特沃有源高通滤波电路
方案的分析和比较
方案一设计的二阶有源高通滤波电路具有结构简单,计算方便的优点,但其稳定性不是很高。而且其在时,传递函数随以十倍频程上升。显然,二阶有源高通滤波电路在f = ,幅值衰减为40dB,小于50dB,因此不选择二阶有源高通滤波电路作为设计电路。
方案二设计的四阶有源高通滤波电路采用了两个二阶有源高通滤波电路级联的办法,同样结构很简单,计算也很方便。最大的优点是其在时,传递函数随以十倍频程上升。显然,二阶有源高通滤波电路在f = ,幅值衰减为80dB,大于50dB。显然四阶有源高通滤波电路可以满足设计的所有要求,并且相对简单易行,因此选择四阶有源高通滤波电路作为设计电路。
四阶以上有源高通滤波电路虽然都能满足设计要求,但结构会相对复杂,成本也会增高,因此不予考虑。
设计流程
图3设计方案方框图
单元电路的设计和计算
1、设计电路的结构与形式
在本课程设计中,设计电路为四阶有源高通滤波电路,它是由两个完全相同的二阶有源高通滤波电路级联形成的。
2、选择运放
为了减少运放对滤波电路的负载效益,同时便于调整,现选择运放LM741EN。这是一种具有JFET作为输入级的低失调、高输入阻抗运放。预计LM741EN能满足设计要求。
3、选择电容器的容量,计算电阻器的阻值
电容C的容量宜在微法数量级以下,电阻器的阻值一般应在几百千欧以内。该滤波器通带增益,下限截止频率,在f = ,幅值衰减大于50dB,即时,有。由Q=得,
,Q2=。显然,四阶有源高通滤波电路在f = ,幅值衰减为80dB,大于50dB。取基准电容,则基准电阻
各元件的参数计算如下:
由知,在时,传递函数随以十倍频程上升。由特征角频率知。
总体设计
1、元器件明细表及增益表
表1元器件明细表
元件
数量
名称
量值
电阻
1
R11
1
R12
1
R21
1
R22
电容
6
C11,C12,C13,C21,C22,C23
运放
1
LM741EN
电压源
7
VCC
0V
2
VEE
12V
2
VDD
-12V
波特仪
1
Bode Plotter - XBP1
示波器
1
Oscilloscope - XSC1
导线
若干
表2巴特沃低通、高通电路阶数n与增益G之关系
阶数n
2
4
6
8