模擬電子技術課程設計----有源低通濾波器電路設計

1、<p><b>　　《模擬電子技術》</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題　　目 模擬電子技術課程設計 </p><p>　　系　(部) 　電子與通信工程系 　 </p><p>　　專業(yè)(班級) 　　 10通信一

2、班 　　 　 </p><p>　　模擬電路課程設計任務書</p><p><b>　　一．設計題目</b></p><p>　　有源低通濾波器電路設計</p><p>　　二．技術參數(shù)和設計要求</p><p><b>　　1. 技術參數(shù)</b></p>&l

3、t;p>　　設計一個能阻擋高頻信號，輸出低頻信號的有源低通濾波電路；</p><p><b>　　2. 設計要求</b></p><p>　　根據(jù)技術參數(shù)設計電原理圖;</p><p>　　計算并選擇電路元件及參數(shù)(含電源變壓器)；</p><p>　　仿真調試電路；舉例說明所設計的有源高通濾波器的廣泛應用，簡要說

4、明電路的工作原理。</p><p>　?。?） 撰寫設計說明書。</p><p><b>　　三．設計工作量</b></p><p>　　設計時間一周，2011年下學期進行。</p><p><b>　　四．工作計劃</b></p><p>　　星期一：布置設計任務，查閱資料

5、；</p><p>　　星期二~星期三：設計方案論證，進行電路設計，計算并選擇電路元件及參數(shù)；</p><p>　　星期四：仿真調試電路</p><p>　　星期五：撰寫設計報告書，進行個別答辯。</p><p><b>　　五．參考資料</b></p><p>　　彭介華，《電子技術課程設計指導

6、》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術基礎實驗與課程設計》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；</p><p>　　童詩白，《模擬電子技術基礎》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術基礎——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><p><b>　　

7、本課程教材</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1第一章 緒論…………………………………………………………7</p><p>　　1.1概述…………………………………………………………………7</p><p>　　1.2設計分析…………………………………………

8、…………………7</p><p>　　2第二章 低通濾波器 ……………………………………………8</p><p>　　2.1電路圖……………………………………………………………9</p><p>　　2.1.1 Multisi11電路原理圖………………………………………9 </p><p>　　2.1.2 Protel繪圖………………………

9、………………………10 </p><p>　　2.13 Multisim11 電路仿真圖……………………………………11</p><p>　　3 第三章 系統(tǒng)分析……………………………………………12</p><p>　　3.1電路圖的基本介紹………………………………………12</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)的的分析………………………………

10、……………12</p><p>　　3.3存在的不足………………………………………………13</p><p>　　4 第四章 總結………………………………………………14</p><p>　　5 第五章 參考文獻……………………………………………15</p><p>　　有源低通濾波器電路設計</p><p>　　摘

11、 要</p><p>　　設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，并利用Multisim11仿真軟件對電路的頻率特性、特</p><p>　　征參量等進行了仿真分析，仿真結果與理論設計一致，為有源濾波器的電路設計提供了EDA手段和依據(jù)。</p><p>　　關鍵詞 二階有源低通濾波器；電路設計自動化；仿真分析；Multisim10</p>

12、;<p>　　第一章 緒 論</p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　濾波器是一種使用信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，在信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等自動控制、通信及其它電子系統(tǒng)中應用廣泛。濾波一般可分為有源濾波和無源濾波，有源濾波可以使幅頻特性比較陡峭，而無源濾波設計簡單易行，但幅頻特性不如有源濾波器，

13、而且體積較大。從濾波器階數(shù)可分為一階和高階，階數(shù)越高，幅頻特性越陡峭。高階濾波器通常可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。采用集成運放構成的RC有源濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，可提供一定增益，截止頻率可調等特點。壓控電壓源型二階低通濾波電路是有源濾波電路的重要一種，適合作為多級放大器的級聯(lián)。本文根據(jù)實際要求設計一種壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，采用EDA仿真軟件Multisim1O對壓控電壓源型二階有源低通濾波電路進行仿真分析、調試，

14、從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設計。</p><p><b>　　1.2 設計分析</b></p><p>　　二階有源濾波器的典型結構</p><p>　　二階有源濾波器的典型結構如圖1所示。其中，Y1～Y5為導納，考慮到UP=UN，根據(jù)KCL可求得</p><p>　　式(1)是二階壓控電壓源濾波器傳遞函數(shù)的一般表達式，式中，A

15、uf=1+Rf／R6。只要適當選擇Yi，1≤i≤5，就可以構成低通、高通、帶通等有源濾波器。</p><p>　　1．2 二階有源低通濾波器特性分析</p><p>　　設Y1=1／R1，Y2=sC1，Y3=O，Y4=1／R2，Y5=sC2，將其代入式(1)中，得到壓控電壓源型二階有源低通濾波器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　式(2)為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型

16、表達式。其中，ωn為特征角頻率，Q稱為等效品質因數(shù)。</p><p>　　2 二階有源低通濾波器的設計</p><p><b>　　2．1 設計要求</b></p><p>　　設計一個壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，要求通帶截止頻率fo=100 kHz，等效品質因數(shù)Q=1，試確定電路中有關元件的參數(shù)值。</p><p&g

17、t;<b>　　2．2 選擇運放</b></p><p>　　設計要求的截止頻率較高，因此要求運放的頻帶較寬，選用通頻帶較寬的運放，本例選用運放3554AM，帶寬為19 MHz，適合用于波形發(fā)生電路、脈沖放大電路等。輸出電流，達到100 mA，精度高，滿足設計要求。</p><p><b>　　第二章 低通濾波器</b></p>&

18、lt;p>　　2.1 電路原理圖：</p><p>　　2.1.1 Multisim11 電路原理圖：</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　工程師們可

19、以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程</p><p>　　師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。</p>&l

20、t;p>　　Multisi11電路原理圖： </p><p>　　2.12 Protel繪圖</p><p>　　新建文件后，首先需要添加元件庫，通常我們只需要添加Protel DOS Schematic Libraries ，</p><p>　　添加完后就可以從中選擇我們需要的原件連接電路圖，這里的電路與Multisim11中不同的是不需要過多的考慮電阻的

21、阻值大小，各原件的型號等，因為他們是用來繪制電路的，而不是用來仿真的。照著Multisim11中繪制電路圖如下</p><p><b>　　:</b></p><p>　　繪制完后需要生成報表以檢查電路中是否有錯誤以便改進，步驟是執(zhí)行菜單命令Tool/ERC，接著就好了。</p><p>　　2.13 Multisim11 電路仿真圖</

22、p><p>　　圖2.1.3 電路仿真圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的分析</p><p>　　3.1電路圖的基本介紹 </p><p>　　本電路是一個簡單的二階有源低通濾波器的電路原理圖，因為它是由兩個RC回路構成的，所以為二階有緣濾波器，二階電路比起一階電路來，有使信號衰減的跟快的好處，使得波形更加的接近與理論波形，本電路的元器件

23、都使經過測算得來的。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)的的分析</p><p>　　一個可以作為低通濾波器的簡單電路包括與一個負載串聯(lián)的電阻以及與負載并聯(lián)的一個電容。電容有電抗作用阻止低頻信號通過，低頻信號經過負載。在較高頻率電抗作用減弱，電容起到短路作用。這個區(qū)分頻率（也稱為轉換頻率或者截止頻率（Hz））由所選擇的電阻和電容所確定。</p><p>　　或者（弧度

24、每秒）F=1/2*3.14RC</p><p>　　一個理解這個電路的方法是集中于電容充電的時刻。電容通過電阻充放電需要花費一定的時間：</p><p>　　在較低頻率，電容有充足的時間充電直至電壓等同于輸入電壓。 </p><p>　　在較高頻率，電容在輸入電流方向切換之前只能充很少的電量。輸出上下波動的幅度只有輸入信號波動的一小部分。在兩倍的頻率，電容只有充一半

25、電量的時間。 </p><p>　　另外一個理解這個電路的方法是在特定頻率的電抗：</p><p>　　由于直流電不能通過電容器，直流電輸入必須從標為 Vout （類似于去掉電容）的路徑“流出”。 </p><p>　　由于交流電可以很容易地流過電容器——幾乎同流過固態(tài)電線一樣容易——輸入的交流電從電容器“流出”，電容器將它短路到地（類似于使用一根導線替換電容器）。

26、 </p><p>　　需要注意的是電容器不是如上面所解釋的阻斷或接通那樣的一個“開/關”器件。電容器不斷變化地工作在兩個狀態(tài)之間。波特圖和頻率響應可以顯示這個變化。</p><p>　　根據(jù)計算 可得到本電路的理論值為F=1/2*3.14*10nf*680=1120，實際值為905.存在一定的誤差</p><p><b>　　3.3 存在的不足</

27、b></p><p>　　本次課程設計讓同學們最大限度的調動了自主能動性，同學們的積極性很高，都通過了查資料的方式完成了本次設計任務，但其中也存在著不足：</p><p>　　首先是同學們對Multisim11和Protel兩個制圖軟件的不熟悉，由于實驗室老師不夠，不能逐一講解，導致了了一些時間的浪費。</p><p>　　其次對于個人來說，對低通濾波器的不了

28、解，對相關知識也不是很熟悉，導致了開始的實驗目的不明確</p><p>　　最后在制圖時，一律追求速度，導致了電路的開始存在很多錯誤</p><p>　　我希望我經過這次課程設計，能對模擬電子技術這門課程有更濃厚的興趣</p><p>　　第四章 總 結</p><p>　　本次為時一周的課程設計已經結束， 通過這次設計我深刻的認

29、識到了“實踐出真知”的道理。 </p><p>　　其實一開始我剛看到要我做“低通有源濾波器”我的腦子里一遍空白，不知道如何的去做。最后我是在老師的建議下在百度、谷歌上查閱了很多關于課程設計的相關范文和有關低通濾波器的知識，這才使我有了最開始的規(guī)劃和了解。后來我又想起我們在做信號與系統(tǒng)的實驗時有做過低通，高通，帶通，帶阻的濾波器的相關實驗，于是我就找了我們信號與系統(tǒng)的老師了解一下我的這課程設計課題的知識，于

30、是在老師的指導下我的電路圖終于出來了，一個二階有源低通濾波器的電路。開始我對電路中的參數(shù)的設定不知道怎么辦，在老師的指導下，我知道了通頻帶的求法，于是根據(jù)這個求法，我開始計算比較合適的參數(shù)，我最后把頻率定在了一千多了，為了使阻值和電容為整數(shù)，還做了一下調整。</p><p>　　電路設計好了，隨后就是用Multisim11和Protel兩個制圖軟件制作電路圖了，在老師的指導下和同學的討論下，我的Multisim1

31、1圖還是比較順利的完成了?？墒窃赑rotel的使用上就出現(xiàn)了問題，Protel的使用也是本次試驗的難點，聽完老師的講完后覺得挺容易的，但當自己做時卻不知道怎么下手，去圖書館借書也看不怎么懂，后來在機房上機的時候看到有些同學熟練的把圖制作好了，于是虛心的請教他們，在他們的講解下，我終于有些明白了，于是我還是順利的完成了Protel</p><p>　　此番經歷，收獲不僅是學習上的，也得到了做人做事的智慧。某些時候，

32、逆境時幫助人成長的動力，也是磨練人的品性的關鍵；在遇到困難時，最好的方法不是一味的埋頭苦干，而是在自己找不到方法時向別人請教。</p><p>　　另外在這次課程設計中，我還認識到了團隊的重要性。本次試驗設計是五個人一組，需要通過相互的配合并通過討論才能解決一些問題，因為設計中有些問題一個人是很那解決的，在以后的學習和工作中，我也會注重這方面的認識的</p><p>　　通過本次課程設計，

33、我懂的了只有通過實踐才能出真知，老是停留在書本上是遠遠不行的，我們以后都要參加工作的，所以要多在實踐中積累經驗，以后再工作中才能得心應手，我希望學校多搞一些這樣的活動，只有這樣，我們走出大學才能有立足之地</p><p><b>　　第五章 參考文獻</b></p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　

34、　彭介華，《電子技術課程設計指導》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術基礎實驗與課程設計》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；</p><p>　　童詩白，《模擬電子技術基礎》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術基礎——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><