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课程名称:电子技术课程设计院部:电气与信息工程学院专业班级: 自动化11102班
学生姓名:郭磊(201116010204)
指导教师:侯清莲
完成时间:
报告成绩:
评阅意见:
评阅教师
日期
摘要 3
第1章设计目的及要求 4
4
4
第2章滤波器的设计原理依据及元器件的选择 5
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6
第3章multisim辅助设计及修正 10
第4章采用protel设计电路图及问题 11
11
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12
第5章调板以及测试分析 12
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: 13
13
14
结论 16
心得体会及建议 16
参考文献: 17
带通滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络,它允许某些频率
(通常是某个频率范围)的信号通过,而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。带阻滤波器的功能是在规定的频带信号不能通过或受到很大衰减,而在其余频率范围,则信号能顺利通过。本实验的目的就是通过运放LM324设计一个有源带阻滤波器的电路。
第1章设计目的及要求
设计一个二阶有源带阻滤波器。
中心截止频率fc=50Hz;
增益Av=2;
Q大于10;
阻带衰减速率大于等于15dB/10倍频程;
调整并记录滤波器的波形、性能参数及幅频特性。
第2章滤波器的设计原理依据及元器件的选择
滤波器是一种能使有用信号通过,滤除信号中的无用频率,即抑制无用信号的电子装置。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。
带阻滤波器是一个阻止特定频率而让其他频率通过的部件。理想带阻滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移,而在阻带内其幅值应为零。但实际滤波器不能达到理想要求。为了寻找最佳的近似理想特性,本论文主要着眼于幅频响应,而不考虑相频响应。一般来说,滤波器的幅频特性越好,其相频特性越差,反之亦然。
滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络节数越多,元件参数计算越繁琐,电路的调试越困难。任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器,可以由n节二阶滤波器级联而成;而n为奇数的高阶滤波器
2
可以由口节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成,因此一阶滤波器和二阶滤波器是
2
高阶滤波器的基础。
有源滤波器的设计,就是根据所给定的指标要求,确定滤波器的阶数n,选择具体的电路形式,算出电路中各元件的具体数值,安装电路和调试,使设计的滤波器满足指标要求,具体步骤如下:
根据阻带衰减速率要求,确定滤波器的阶数n。
选择具体的电路形式。
根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式,建立起系数的方程组。
解方程组求出电路中元件的具体数值。
安装电路并进行调试,使电路的性能满足指标要求。
根据课设要求,我们选择巴特沃斯(butterworth)滤波电路。巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性,但是通带到阻带衰减较慢。由于要求为-40dB/十倍频程,选择二阶有源低通滤波器电路,即n=2。
有源2阶带阻滤波器电路如图1所示。
二阶有源带阻滤波器图1
在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈,在不同的频段,反馈的极性不相同,当信号频率fHfc时(fc为截止频率),电路的每级RC电路的相移趋于-90°,两级RC电路的移相到-180°,电路的输出电压与输入电压的相位相反,故此时通过电容C引到集成运放同相端的反馈是负反馈,反馈信号将起着削弱输入信号的作用,使电压放大倍数减小,所以该反馈将使二阶有源带阻滤波器的幅频特性高频端迅速衰减,阻止特定频段信号通过。
二阶带阻滤波器电路及工作原理(BEF)
如图1(a)所示,这种电路的性能和带通滤波器相反,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。在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。
沁㈣
电路性能参数:
通带增益
f0=—
中心频率2nRC
带阻宽度B=2(2—Aup)f0
Q=——-——
选择性
电路如图2所示。电路的传输函数:
S2+—^―£+——-_7- /+冬£+衬
血2 Q*
111 = +——其中,通带电压放大倍数:弘二
阻带中心处的角频率:
咗=
Q
品质因数:
该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成,如图3所示。电路的传输函数为:
宀i
其中:堆应4二2尽堆
AU0=-—=-堆血
通带电压放大倍数:如耳2R&(Auo即为Av)
阻带中心角频率:
BW=^-=—阻带带宽: 2睬
表1
电路兀器件值
R1
R2
R1/(Q2-1)
R3
R4
4R1
R5
R6
AvR3
C1
注:电阻为参数k=1时的值,单位为kQ,增益为Av(反相),品质因数Q
为了得到相对应的电阻值,需要算出K值,用K值乘以相应的R'得到R;而
K=100/(fc*C) (2-4)