带通滤波的设计器要点.docx
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带通滤波的设计器要点
目录
1技术要求1
2三种设计方案及比较1
2.1方案一的设计1
2.2方案二的设计5
2.3方案三的设计8
2.4三种方案的比较及选择实现方案11
2.5各元件型号和参数11
3实现方案12
3.1实现方案的原理框图:
12
3.2原理及工作过程12
3.3各元件的功能12
3.4测试电路的布线图13
4调试过程与结论15
5心得与体会16
6参考文献16
带通滤波的设计器
1技术要求
设计、组装、调试带通滤波器电路,实现良好的选频特性:
能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。
2三种设计方案及比较
2.1方案一的设计
方案一采用无限增益多反馈环型带通滤波器,电路原理图如图2.1.a
图2.1.a方案一电路原理图
2.1.1方案一相关参数的计算
(1)传递函数为
(1)
(2)各元件参数
(3)仿真结果
图2.1.b信号发生器截图
图2.1.b为当输入信号频率小于下限截止频率时,图2.1.c为此时的波形图,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.1.c输入输出波形图
当输入信号频率大于上限截止频率时,如图2.1.d,2.1.e所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.1.d信号发生器截图
图2.1.e输入输出波形图
当输入信号频率在带通范围内时,如图2.1.f,2.1.g所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.1.f信号发生器截图
图2.1.g输入输出波形图
2.2方案二的设计
方案二采用一个一阶高通滤波器加上一个一阶低通滤波器组成,电路原理图如图2.2.a所示。
2.2.a方案2的电路原理图
2.2.1方案二的相关参数的计算
(1)传递函数
(1)
(2)各元件参数的设置
(2)
由上公式得:
上限频率约为160Hz,下限频率约为53Hz。
取R1=30k,R2=10k,C1=C2=0.1uf,R3=R4=R5=R6=47K。
(3)仿真结果
当输入信号的频率小于下限频率时,如图2.2.b,2.2.c所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.2.b信号发生器截图
图2.2.c输入输出波形图
当输入信号频率大于上限频率时,如下图2.2.d,2.2..e所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.2.d信号发生器截图
图2.2.e输入输出波形图
当输入信号的频率在频带内时,如下图2.2.f,2.2.g所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.2.f信号发生器截图
图2.2.g输入输出波形图
2.3方案三的设计
方案三采用一个二阶高通滤波器+一个二阶低通滤波器组成,电路原理图如图2.3.a所示。
图2.3.a方案三的电路原理图
2.3.1方案三的相关参数的计算:
(1)传递函数
高通部分的传递函数
低通部分的传递函数
(2)各元件参数的设置
取C1=C2=C3=C4=0.068uf,R1=R2=27k,R5=R6=8.2k,R3=R4=R7=R8=8.2k,由下公式
得上限频率约为286Hz,下限频率约为87Hz。
(3)仿真结果
当输入信号的频率小于下限截止频率时,如图2.3.b,2.3.c所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.3.b信号发生器截图
图2.3.c输入输出波形图
当输入信号的频率大于上限截止频率时,如图2.3.d,2.3.e所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.3.d信号发生器截图
图2.3.e输入输出波形图
当输入信号的频率在带通范围内时,如图2.3.f,2.3.e所示,上方为输出波形,下方为输入波形。
图2.3.f信号发生器截图
图2.3.g输入输出波形图
2.4三种方案的比较及选择实现方案
方案一的优点是电路简单,所需器材少,无增益限制,但是计算较麻烦;方案二比方案一复杂,但是计算比一简单;方案三实际就是方案二的改良版,由二阶变为四阶,当输入信号频率不在带通范围内时,其幅频特性曲线下降的更快,更接近于理想状态。
因此,我选择方案三作为本次课程设计的实现方案。
2.5各元件型号和参数
所需元件如下表所示:
表1器件清单
元件类型
参数及数量
电阻
47k电阻4个,27k,8.2k各2个
电容
0.068uf的电容4个
运放
两个ua741的运算放大器
3实现方案
3.1实现方案的原理框图
图3.1.a四阶带通滤波器原理框图
图3.1.b四阶带通滤波器电路原理图
3.2原理及工作过程
该方案的原理框图如3.1.a所示,电路原理图如3.1.b所示。
电路是由一个二阶高通滤波器加一个二阶低通滤波器组成。
电路的前半部分是有源二阶高通滤波器,它的截止频率即为带通滤波器的下限截止频率;电路的后半部分是有源二阶低通滤波器,它的截止频率即为带通滤波器的上限上限频率。
3.3各元件的功能
C1,C2,R1~R4,加上一个ua741运算放大器构成一个有源二阶高通滤波器;后面的C3,C4,R5~R8,加上一个ua741运算放大器构成一个有源二阶低通滤波器;其中,R3与R4,R7与R8的功能一样,都是调节其输出增益。
3.3.1ua741的简介
741型运算放大器具有广泛的模拟应用。
宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。
高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。
此外,它还具有如下特点:
(1)无频率补偿要求;
(2)短路保护;(3)失调电压调零;(4)大的共模、差模电压范围;(5)低功耗。
管脚图如图3.3.a所示。
图3.3.a管脚图
3.4测试电路的布线图
图3.4.a未接入信号源时的实物图
图3.4.b接入信号源的实物图
图3.4.c当输入信号的频率小于下限截止频率时的波形图
图3.4.d当输入信号的频率在带通范围内时的波形图
图3.4.e当输入信号的频率大于上限截止频率时的波形图
4调试过程与结论
布线完成后实物图如图3.4.a,调试过程中接入电源、信号源、示波器后实物图如图3.4.b,将输入信号频率调至小于下限截止频率时,可观察到输出波形如图3.4.c,频率分别在带通范围内和大于上限截止频率范围内时,观察到输出波形分别如图3.4.d、图3.4.e。
本次课程设计,由于在实际调试之前,我和我的搭档用万用电表仔细检查,并且在检查电路之前反复简化电路,因此调试过程很顺利。
当然,要感谢陈老师教会我们使用电压源及ua741的基本用法。
结论:
实验结果与理论值还是有一定差距,因此,我们的方案还是有待改进。
我们应该算基本达到了实验的要求。
5心得与体会
本次课程设计是人生第一次,现在回想当时调试的过程还是很激动,毕竟第一嘛。
尽管所做的东西很简单,相对于那些高手所做的东西,我们做的简直没法比。
但是我相信高手也是从最基础的做起,我们有相同的出发点,只不过是他们走的很远,而我们才刚起步。
这次课程设计让我又重新复习了模拟电子电路基础,发现以前记得很清晰的知识点忘记了大半。
的确,自从模电考试过后,我就再也没翻过这本书了。
这也应当是个教训,我不应该是为了考试而读书,而应该是为了掌握知识而读书。
如果大学四年里,考完一科就把那一科的书扔进书柜里不再温习,那么四年后的我又和四年前的我又有什么区别了,学过的知识都忘了和没学的结果一样,白白浪费了四年的青春,从这次的课设中,我应当警醒。
课设很好地把我们所学的理论知识与实际动手能力结合在一起,不是说有多大程度提高了我们的动手能力,但是毫无疑问地锻炼了我们的动手能力。
除此之外,它也让我学会了合作。
当今的中国是大争之世,学会合作是我们每个人的必修课。
这次课设,我和我的室友合作得非常愉快和顺利,所以最后的结果也是令我们两人满意的。
很期待下一次的课设。
6参考文献
[1]吴友宇.《模拟电子技术基础》.北京:
清华大学出版社,2009
[2]周新民.《工程实践与训练教程》.武汉:
武汉理工大学出版社,2009
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