课程设计报告 二阶带通滤波器的设计

模拟电路课程设计报告设计课题： 二阶带通滤波器的设计专业班级： 10电子本学生姓名： 学号： 指导教师: 设计时间：2011年12月 二阶带通滤波器的设计一、设计任务与要求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.中心频率fO=1KHz；3.增益AV1-2；4.品质因数Q125.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）。二、方案设计与论证首先由设计要求可知,要求设计一个二阶带通滤波器. 所谓带通滤波器：即它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。且要求用两种方案,一是压控电压源方法;二是用无限增益多路反馈方法设计.所设计的二阶带通滤波器的中心频率fo=1KHz,增益Av=1-2,品质因数Q=12.在这个实验中要用到集成运放UA741,UA741是一种高增益运算放大器,其供电电压是正负12V,在这个实验中要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计所需的正负12v电源.方案一、用压控电压源设计电路：压控电压源（VCVS）电路，其中运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，电路性能稳定，增益容易调节。其基本原理图如下所示:方案二、用无限增益多路反馈设计电路：无限增益多路反馈（MFB）电路，有倒相作用，使用元件较少，但增益调节对其性能参数会有影响。其基本原理图如下所示:三、单元电路设计与参数计算1.压控电压源二阶带通滤波电路根据电路性能参数: 当C1=C2=C,R1=R,R2=2R时，电路的传递函数: Au(s)=Auf(s) （1.1）设中心频率f0=,电压放大倍数 Au= （1.2）当f=f0时，得出通带放大倍数 Aup=QAuf .（1.3）使式（1.2）分母的模为，即是式（1.2）的分母虚部的绝对值为1，即解方程，取正根，就可得到下限截止频率fp1和上限截止频率fp2分别为fp1=-(3-Auf)（1.4）fp2=+(3-Auf)（1.5） fbw=fp2-fp1=|3- Auf|f0=根据课设要求：，中心频率fO=1KHz,增益AV1-2,品质因数Q12. 令 ，则根据（1.3）可知，由（1.4),(1.5)式可知，fbw=fp2-fp1=|3- Auf|f0=由以上计算可知电路的所有参数：2,无限增益多路反馈二阶带通电路该电路的传输函数： 品质因数： 通带中心频率: 通带中心处电压放大倍数： 令由上计算可知电路所有参数：3. 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载直流稳压电源原理图：整流：将交流变为直流的过程。滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值2.负载电流的平均值3.脉动系数单相半波整流的 S 等于1.57。二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压 二极管最大整流平均电流IF和最高反向对于工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。集成稳压电路设计所需元器件：220V/16V电源变压器1个、3300uF电解电容2个、220uF电解电容2个、0.47uF电解电容2个、0.1uF电解电容2个、IN4007二极管6个、LED发光二极管2个（二种不同的颜色），1K电阻二个、三端稳压器正负输出W7812和W7912各1个。4、 总原理图及元器件清单1总原理图方案一，.压控电压源二阶带通滤波电路原理图：方案二，无限增益多路反馈二阶带通电路原理图：用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）2 元件清单 方案一元件清单:元件序号型号主要参数数量备注（单价）R1电阻0.339k1用1k电位器代替 1.0元R2电阻0.678k1用1k电位器代替 1.0元R3电阻0.339k1用1k电位器代替 1.0元R4电阻0.339k1用1k电位器代替 1.0元Rf电阻0.339k1用1k电位器代替 1.0元C1电容470nF1 1.0元C2电容470nF1 1.0元AUA741集成运放1 1.0元方案二元件清单：元件序号型号主要参数数量备注（单价）R1电阻1.592k1用5k电位器代替 1.0元R2电阻1.592k1用5k电位器代替 1.0元R3电阻3.185k1用5k电位器代替 1.0元C1电容100nF1 1.0元C2电容100nF1 1.0元AUA741集成运放1 1.0元集成稳压电路元件清单：元件序号型号主要参数数量备注（单价）R电阻1k2 LED发光二极管2两种不同颜色T1电源变压器220V/16V1C1电解电容470nF2 C2电解电容100nF2C3电解电容3300uF2C4电解电容220uF2DIN4007二极管6U1LM7812CT+12V1三端稳压器U2LM7912CT-12V1三端稳压器5、 安装与调试一：用压控电压源和用无限增益多路反馈设计电路设计电路正确连接好电路，注意电路板要和地相接，将电位器调到参数所设计得值，将输入交流电压的频率调到1000Hz，在输出端（6号引脚处）接数字毫伏表和双踪示波器，观察波形和示数，记下此时输出电压值；输入交流电压频率分别以1000Hz为中心向两边调节输入频率值，当出现输出电压为的0.707倍时，分别记下下限截至频率f1和上限截至频率f2。 二：用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V） 安装电源 检查各元器件的焊接质量 通电调试 测量（） 将变压器次级引入万能线路板上并焊接，变压器的初级220引线端通过密封型保险丝座和电源插头线连接。（） 检查各元器件有无虚焊、错焊、漏焊及各引线是否正确、有无疏漏和短路。（） 接通电源，观察有无异常情况，将开关打开在各种状态时，用万用表测量输出、输入电压并进行记录。六、性能测试与分析1.直流稳压电源性能测试与分析：用万用表测的输出的正负电压如图所示用双踪示波器测的输出波形图如下所示数据处理：测量值输出电压误差计算：输出正电压的相对误差；输出负电压的相对误差误差分析：实验测量值与理论存在微小误差，可能是实验原理计算过程中的计算误差或输入交流电源的微小变化所带来的误差2. .压控电压源二阶带通滤波电路性能测试与分析当输入交流电源频率为时，用双踪示波器观察输入和输出波形如下所示，其中A、B分别为输入和输出波形当输入信号为中心频率fo=1000Hz时，输入与输出如下所示：数据处理：Uio=2mV，Uoo=4.001mV，Av=4.001/2=2.0005，Av（理论）=2误差计算：中心频率处电压增益相对误差=（2.0005-2）/2*100%=0.025%误差分析:相对误差为0.025%很小，可能是计算过程估算值带来的误差当输入信号频率为下限截至频率f1=616Hz时输入与输出如下所示：数据处理：Ui1=2mV，Uo1=2.828mV，Av1=2.828/2=1.414=0.707Av0，下限截至频率理论值为f1=618Hz误差计算：下限截至频率相对误差=（618-616）/618*100%=0.32%误差分析：误差值较小应为计算过程带来的误差当输入信号频率为上限截至频率f2=1610Hz时，输入与输出如下所示：数据处理：Ui2=2mV，Uo2=2.828mV，Av2=2.828/2=1.414=0.707Avo误差计算：上限截至频率相对误差=（1618-1610）/1618*100%=0.49%误差分析；可能是电路本身或计算过程带来的微小误差3. 无限增益多路反馈二阶带通电路性能测试与分析当输入信号为中心频率fo=1000Hz时，输入与输出如下所示：数据处理：Uio=1.414mV，Uoo=1.415mV，Avo=1.415/1.414=1.0007，Avo（理论）=1误差计算：中心频率处电压增益的相对误差=（1.0007-1）/1*100%=0.07%误差分析；此应为计算过程带来的微小误差当输入信号的频率为下限截止频率f1=617Hz时，输入与输出如下所示：数据处理：Ui1=1.414mV, Uo1= 0.999mV，Av1=0.999/1.414=0.707=0.707Avo，f1（理论)=618Hz误差计算：下限截至频率相对误差=(618-617)/618*100%=0.16%误差分析：可能是电路系统带来的微小误差当输入信号的频率为上限截至频率f2=1616Hz时，输入与输出如下所示：数据处理：Ui2=1.414mV，Uo2=0.999mV，Av2=0.999/1.414=0.707=0.707Avo，f2（理论）=1618Hz误差计算;上限截至频率相对误差=（1618-1616）/1618*100%=0.12%误差分析：可能是电路元件带来的微小误差7、 结论与心得通过本次试验学习了用不同的方法设计有源滤波电路体会了调试方法在电路中的重要性，了解了品质因素Q对滤波器的影响，通过整流滤波电路的安装与调试，完善理论知识，强化对二极管及电容作用的理解。通过电路的焊接安装工艺过程，强化电子技能基本功的训练。通过电路调试使学生更能够熟练万用表的使用。但在实验过程中也遇到一些问题：电路板的焊接容易出现虚焊，对各元件的布局开始不是很合理，对整流电容取得不够大，开始还用单电容，对做好的电流源没有加保险管，会产生危险隐患，各参数的选取开始也没注意，造成有些器件买不到，以后有机会的话一定注意这些！八、参考文献1.电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社 谢志美 主编2模拟电子技术基础清华大学电子学教研组 编 童诗白 华成英 主编3. 电子实验与课程设计赣南师范学院物理与电子信息学院 编4. 电子技术课程设计指导高等教