带通滤波器系统仿真及设计数据参考

信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2013/2014学年第二学期）题 目 ： 带通滤波器系统仿真及设计 专业班级 ： 通信工程 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计周数 ： 2 周 2014年7月11日目 录1设计目的与要求21.1设计目的21.2设计要求22振荡器设计22.1振荡器的组成22.2振荡器的参数计算22.3仿真原理图32.4仿真结果33带通滤波器设计43.1滤波器原理43.2方框图43.3带通滤波器参数53.4仿真原理图53.5仿真结果64系统整体74.1仿真原理图74.2仿真结果75实际结果106实践心得117参考文献11带通滤波器系统仿真及设计1设计目的与要求1.1设计目的（1）学习电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器的设计原理；.（2）由电源、振荡器、滤波器设计指标计算电路元件参数；（3）设计电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器；（4）熟练掌握焊接技术及multisim软件的应用；（5）测量有源滤波器的幅频特性。1.2 设计要求（1）设计一个线性电源，根据整流、滤波、稳压原理设计正负5V直流电源；（2）根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器，该振荡器频率可调，能满足该滤波系统的所要求的频率范围和幅度，在此基础上设计带通滤波器（中心频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz；通带内增益Ap=15）；（3）设计方法：采用各种电子器件构成带通滤波器电路。（4）画出有源滤波器的幅频特性曲线图；（5）写出设计报告。2振荡器的设计2.1振荡器的组成（1）正反馈环节:由RC串、并联电路构成，同时起相位起振作用和选频作用。同步调整串并联RC谐振电路中的两个电阻，或者同步调整两个电容，可以调整振荡频率，本电路采用的是固定电容值，同时改变两个电阻来进行振荡频率的调节。（2）负反馈环节:由、及二极管等元件构成，其中、主要作用是引入负反馈。（3）稳幅环节：稳幅环节是利用两个反向并联二极管、，正向电阻的非线性特性来实现的，二极管要求采用温度稳定性好且特性匹配的硅管，以保证输出正、负半周波形对称；的作用是削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。2.2 振荡器的参数计算（1）中心频率：（2）振荡范围：795.4Hz 150.6kHz（3）环路增益：（4）起振条件：即图2-1 文氏桥正弦波振荡器电路图2.3仿真原理图2.4仿真结果图2-2 文氏桥振荡器起振图像 （1）起震时的 图2-3 文氏桥振荡器稳定图像（2）稳定时的3滤波器设计3.1滤波器原理滤波器是一种能够使有用频率信号通过，而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置，在工程上常用它来进行信号处理、数据传送或抑制干扰等。有源滤波器是由集成运放、电阻R、电容C组成，其开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用，但因受运算放大器频率限制，这种滤波器主要用于低频范围。3.2方框图图3-1 RC有源滤波器方框图 各部分电路的作用：（1）RC网络的作用在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。（2）放大器的作用电路中运用了反相输入运放，同时进行信号的放大。（3）反馈网络的作用将输出信号反馈到前级端口，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。3.3带通滤波器参数对于电路的设计中，首先确立带通滤波器的放大倍数为2，中心频率为2kHz，因此，品质因数为20，电容值C为10nF，因此根据如下公式得电路中相应电阻值与通带宽带。（1）的取值（2）的取值（3）的取值（4）通带宽度本电路的优点是品质因素高，选择性好，通带宽度小，但同时也导致了电路的稳定性差。计算的通带宽度为96.46Hz，上限截止频率2048.23Hz 下限截止频率1951.77Hz。图3-2 带通滤波器电路3.4仿真原理图 、组成RC网络，其中、组成二阶反馈网络，UA741CD为集成运放放大器。3.5仿真结果（1）电路交流分析图3-3 带通滤波器交流分析（2）信号波形分析图3-4 带通滤波器信号波形分析4系统整体图4-1 振荡器与滤波器结合电路4.1仿真原理图4.2仿真结果图4-2 滑动变阻器为（1）当，频率为2.65kHz。（2）当，频率为2.27kHz。图4-3 滑动变阻器为（3）当，频率为1.99kHz。图4-4 滑动变阻器（4）当，频率为1.77kHz。图4-5滑动变阻器（5）当，频率为1.59kHz。图4-6滑动变阻器5实际结果图5-1滑动变阻器图5-2滑动变阻器图5-3滑动变阻器图5-4滑动变阻器图5-5滑动变阻器6实践心得 通过为期两周的实践课的学习，我们深刻的感受到了理论与实践相结合。从上网查资料、学习multisim软件应用、电路的设计以及调试，到实际中焊接电路板、示波器的调试都需要我们小组成员齐心协力团结合作。不仅提高了我们的自学能力和团结协作能力，而且让我们在实践中体会到了实际动手能力的快感。 在我们看来，课程设计是实验的一个升华，它是对我们掌握的课本知识进行的一个总的考察和提升，比理论更具有锻炼意义，是真正的让我们将课本的理论知识运用于实践的过程，让我们不仅仅是死学知识，更要学会灵活的运用它们。不过虽然是学过的东西，要真正做起来，也并没那么简单。了解带通滤波器与振荡器的特性之后，结合题目要求，我们一遍一遍的调试，最后得到最理想的结果，设计出了我们所要求的振荡器、滤波器。整个两周的课程设计下来，我们最大的体会就是齐心协力的重要性。无论是在查资料时，还是在相互讨论时，都体现了团队精神的意义，我们一起相互交流，相互合作，不懂的问题相互讨论，最后把都不会的汇总起来一起问老师，整个过程相当融洽自然，工作相当顺利。7参考文献1郑君里.信号与系统J高等教育出版社，20112谢嘉奎.电子线路非线性部分J高等教育出版社，20003宋家友,张友汉.新编电子线路设计实用手册J福建科学技术出版社，2007评 语成 绩指导教师（签字） 年 月 日1软硬件