2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  基于Multisim的模擬電路仿真</p><p>  [摘要] 濾波電路是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置,有著很重要的作用,常用來進行信號處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。本次設(shè)計仿真在模擬電路的基礎(chǔ)上對各種功能的濾波器以及多功能有源濾波電路的功能原理、設(shè)計參數(shù)、電路的組建、模擬仿真進行研究分析,給出濾波器的低通、高通、帶通、帶阻參數(shù)仿真設(shè)計方法,以此來進行濾波電路的設(shè)

2、計。采用具有先進功能的仿真軟件Multisim對各種功能的濾波器電路進行仿真,為獲得該類電路設(shè)計參數(shù)提供了EDA手段和實驗依據(jù)。</p><p>  [關(guān)鍵詞] 濾波器電路 Multisim 模擬電路 仿真 </p><p>  Analog circuit simulation based on Multisim</p><p>  [Abstract]

3、 The filter circuit is a way for the useful frequency signal through while at the same time suppress the unwanted frequency signals in electronic devices, It has a very important role, often used to signal processing, da

4、ta transfer and interference suppression. The design and simulation filter and multifunction active filter circuit of the various functions of analog circuits based on functional principles, the design parameters of the

5、circuit set up, simulation analysis, given the lo</p><p>  [Keywords] Filter circuit; Multisim; Analog circuit; Simulation</p><p><b>  目錄</b></p><p>  引言..............

6、.......1</p><p><b>  第一章 緒 論2</b></p><p>  1.1選題意義2</p><p>  1.2 研究現(xiàn)狀2</p><p>  1.3 Multisim簡介3</p><p>  1.3.1 Multisim的主窗口3</p>

7、<p>  1.3.2 Multisim菜單欄4</p><p>  1.3.3 Multisim 工具欄6</p><p>  1.3.4 Multisim的元器件庫6</p><p>  1.3.5 Multisim儀器儀表庫6</p><p>  1.4 論文主要工作7</p><p> 

8、 1.5 設(shè)計任務(wù)及要求7</p><p>  第二章 具有基本功能的濾波器的種類與仿真設(shè)計8</p><p>  2.1低通濾波電路8</p><p>  2.1.1電路設(shè)計分析9</p><p>  2.1.2元器件選取及電路組成9</p><p>  2.1.3仿真分析11</p>

9、<p>  2.1.4仿真分析總結(jié)12</p><p>  2.2 高通濾波電路12</p><p>  2.2.1電路設(shè)計分析12</p><p>  2.2.2元器件選取及電路組成14</p><p>  2.2.3二階高通濾波器仿真15</p><p>  2.3 帶通濾波電路19<

10、/p><p>  2.3.1 電路工作原理19</p><p>  2.3.2帶通濾波電路仿真20</p><p>  2.4 帶阻濾波電路22</p><p>  2.4.1 帶阻濾波電路特性22</p><p>  2.4.2帶阻濾波電路仿真23</p><p>  2.4.3 仿真分

11、析24</p><p>  2.5多功能濾波器25</p><p>  2.5.1設(shè)計目的及要求25</p><p>  2.5.2參數(shù)的確定25</p><p>  2.5.3電路圖的設(shè)計28</p><p>  2.5.4仿真分析28</p><p><b>  結(jié)論

12、32</b></p><p><b>  致謝語33</b></p><p><b>  參考文獻34</b></p><p><b>  引言</b></p><p>  為了更好的總結(jié)大學(xué)四年學(xué)習(xí)研究與實踐的成果,加深對電子電路知識的理解與掌握。通過模擬電路

13、仿真這個課題來實踐制作一個多功能濾波器。實踐仿真過程中要合理的利用集成電子器件等基于模擬電路的知識來進行實踐與仿真。本畢業(yè)設(shè)計使用四個運算放大器分別實現(xiàn)低通、帶通、帶阻、高通濾波電路,實現(xiàn)多功能濾波電路的設(shè)計與仿真。</p><p>  濾波器是一種能夠有效抑制無用頻率信號而可以使有用頻率信號通過的一種電子電路裝備。在工程上常用它進行信號處理、數(shù)據(jù)傳送或抑制干擾等。是一種有著廣泛用途的重要器件。以往的濾波器通常采

14、用元件電阻R、電感L和電容C組成,此種濾波器通常稱為無源濾波器。而目前則一般采用集成運放、電阻R、電容C組成的濾波器,常稱為有源濾波器。</p><p>  由RC元件與運算放大器組成的RC有源濾波器,其功能是讓一定頻率范圍的信號通過,抑制或急劇衰減此范圍以外的信號??捎迷谛畔⑻幚怼?shù)據(jù)傳送、抑制干擾等方面,但因受運算放大器頻帶限制,這類濾波器主要用于低頻范圍。根據(jù)對頻率范圍的選擇不同,可分為低通(LPF)、高通

15、(HPF)、帶通(BPF)與帶阻(BEF)等四種濾波器。</p><p>  本畢業(yè)設(shè)計通過先進的仿真軟件Multisim對濾波器電路進行設(shè)計與仿真。設(shè)定參數(shù)進行仿真研究與分析仿真結(jié)果,從而得出重要的結(jié)論。</p><p><b>  第一章 緒 論</b></p><p>  濾波電路是一種能使目標(biāo)信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置。這

16、里主要討論的是模擬濾波器。以往這種濾波器主要采用無源元件R、L和C組成,20世紀60年代以來,集成運放獲得了迅速發(fā)展,由它和R、C組成的有源濾波電路,具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。此外,由于集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高,輸出阻抗又低,構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但是,集成運放的帶寬有限,所以目前有源濾波電路的工作頻率難以做得很高,以及難以對功率信號進行濾波,這是它的不足之處。</p>

17、<p><b>  選題意義</b></p><p>  Multisim是一種功能非常強大的電子電路仿真軟件,該軟件可以對電路直流工作點分析,交流特性分析、傅里葉分析、暫態(tài)分析、失真度分析、噪聲分析、直流掃描、參數(shù)掃描、靈敏度分析、溫度掃描、傳輸函數(shù)分析、零,極點分析、最壞情況分析;既可以對模擬、數(shù)字、模擬/數(shù)字混合電路、射頻電路進行仿真;又能對部分微機接口電路進行仿真,克服了實

18、驗室條件下對傳統(tǒng)電子設(shè)計工作的限制。為用戶提供了一個良好的集成化的虛擬設(shè)計實驗環(huán)境,從建立電路到仿真分析和結(jié)果輸出在集成界面都可以完成,仿真的手段完全切合實際,選用的元器件和測量儀器與實際情況十分接近;并且界面可視、直觀。繪制電路圖所需的元器件、儀器、儀表以圖標(biāo)形式出現(xiàn),選取十分方便,還可以自己擴充元件庫。對電路中元器件設(shè)置故障,如開路、短路和不同程度的漏電等,針對不同故障觀察電路的各種狀態(tài)進行仿真,從而加深對電路原理的理解。利用Mul

19、tisim軟件設(shè)計可以使設(shè)計與實驗同步,一邊設(shè)計一邊實驗,修改調(diào)試方便;仿真實驗中又不消耗實際的元器件和測試儀器,實驗成本低廉,實驗速度快速;仿真實驗成功的電路又可以直接在產(chǎn)品中使用,縮短了開發(fā)應(yīng)用的周期。</p><p>  結(jié)合Multisim軟件能達到搭建電路,仿真分析。達到事半功倍的效果。</p><p><b>  1.2 研究現(xiàn)狀</b></p&g

20、t;<p>  隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品已與計算機技術(shù)密不可分,緊緊相連;隨著電子產(chǎn)品日益智能化,電路得集成度的越來越高,使新技術(shù)新產(chǎn)品的更新周期越來越短。應(yīng)運而生電子設(shè)計自動化技術(shù)(EDA),從而使電路研發(fā)人員能用計算機來完成電路功能設(shè)計、邏輯分析、性能分析、時序測試直至電路板的計算機自動化設(shè)計應(yīng)運而生。</p><p>  EDA是“electronic design autom

21、ation”的縮寫,譯成中文名為電子設(shè)計自動化。它是在20世紀90年代初從計算機輔助設(shè)計英文縮寫為(CAD)、計算機輔助制造英文縮寫為(CAM)、計算機輔助測試英文縮寫為(CAT)和計算機輔助工程英文縮寫為(CAE)的概念發(fā)展而產(chǎn)生的。EDA技術(shù)就是主要依賴計算機作為硬件平臺,以大規(guī)??删幊踢壿嬈骷凹呻娐纷鳛樵O(shè)計載體,設(shè)計者在EDA軟件平臺上,使用以描述硬件電路的功能,信號連接關(guān)系及定時關(guān)系的語言即硬件描述語言來完成文件設(shè)計,然后經(jīng)

22、由計算機自動地完成邏輯編輯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、優(yōu)化、布局布線、以及邏輯優(yōu)化和仿真測試等,直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等等工作,從而形成集成電子系統(tǒng)或?qū)S眉尚酒囊婚T獨特技術(shù)。自從EDA技術(shù)的出現(xiàn),它完全適用了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設(shè)計要求,并形成了吸收多學(xué)科新成果而形成的一門專用技術(shù)。它促進現(xiàn)代電子產(chǎn)品以前所未有的發(fā)展速度,向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化的方向發(fā)展。EDA的現(xiàn)狀和發(fā)展EDA技術(shù)所涉及的

23、內(nèi)容較多,也比較廣泛,但可大體分為以下四個方面的內(nèi)容:第一方面是</p><p>  現(xiàn)在EDA的應(yīng)用范圍十分廣泛,涉及機械、航空航天、通訊、電子、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等等各個領(lǐng)域。但本文主要針對模擬電路的設(shè)計與仿真進行研究。</p><p>  1.3 Multisim簡介</p><p>  從開始的加拿大EWB到EWB4.0、EWB5.0、EWB6.

24、0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9、Multisim10。</p><p>  該軟件通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境,能比較輕松的設(shè)計電路,也能通過交互方式SPICE仿真,迅速知道電路行為,也可以借助高級電路分析,理解基本設(shè)計特點,同時通過一個工具鏈,無縫的進行集成電路設(shè)計和虛擬測試,通過改進。整合設(shè)計流程,減少建模錯誤并縮短上市的時間。</p>&l

25、t;p>  NI Multisim軟件很好地結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真,能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計與仿真。憑借NI Multisim可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路原理圖,然后利用工業(yè)標(biāo)準SPICE模擬器模仿電路進行行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器,可以在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行迅速的驗證,從而縮短建模周期。Multisim推出了很多版本,用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。</p>&l

26、t;p>  1.3.1 Multisim的主窗口</p><p>  安裝Multisim軟件后,單擊“開始”→“程序”→“National Instruments”→“Circuit Design Suit 10.0” →“Multisim”選項,啟動Multisim10,可以看到圖1.1所示的Multisim10主窗口。</p><p>  圖1.1 Multisim 10的主窗

27、口</p><p>  Fig1.1 The main window of Multisim 10</p><p>  從圖1.1可以看出,Multisim10的主窗口如同一個實際的電子實驗臺。屏幕中央?yún)^(qū)域最大的窗口就是電路工作區(qū),在電路工作區(qū)上可將各種電子元器件和測試儀器儀表連接成實驗電路。電路工作窗口上方是菜單欄、工具欄。從菜單欄可以選擇電路連接、實驗所需的各種命令。工具欄包含常用的操

28、作命令按鈕。通過鼠標(biāo)操作即可方便地使用各種命令和實驗設(shè)備。電路工作窗口兩邊是元器件欄和儀器儀表欄。元器件欄存放各種電子元器件,儀器儀表欄存放各種測試儀器儀表,用鼠標(biāo)操作可以很方便地從元器件和儀器庫中提取實驗所需的各種元器件及儀器儀表到電路工作窗口并連接成實驗電路。單擊電路工作窗口上方的“啟動/停止”開關(guān)或“暫停/恢復(fù)”按鈕,可以方便地控制實驗的進程。</p><p>  1.3.2 Multisim菜單欄<

29、/p><p>  Multisim10有12個主菜單,如圖1.2所示</p><p>  圖1.2 Multisim 10的主菜單</p><p>  Fig1.2 main menus of Multisim 10</p><p>  現(xiàn)介紹幾個比較常用的菜單及其功能</p><p>  1. File(文件)菜單

30、</p><p>  File(文件)菜單提供19個文件操作命令</p><p>  New:建立一個新文件。</p><p>  Open:打開一個己存在的*.msm10、*.msm9、*.msm8、*.msm7、*.ewb或*.utsch等格式的文件。</p><p>  Close:關(guān)閉當(dāng)前電路工作區(qū)內(nèi)的文件。</p>&

31、lt;p>  Close All:關(guān)閉電路工作區(qū)內(nèi)的所有文件。</p><p>  Save:將電路工作區(qū)內(nèi)的文件以 *.msm10的格式存盤。</p><p>  Save as:將電路工作區(qū)內(nèi)的文件另存為一個文件,仍為 *.msm10格式。</p><p>  Save All:將電路工作區(qū)內(nèi)所有的文件以 *.msm10的格式存盤。</p>

32、<p>  New Project:建立新的項目(僅在專業(yè)版中出現(xiàn),教育版中無此功能)。</p><p>  Open Project:打開原有的項目。</p><p>  Save Project:保存當(dāng)前的項目。</p><p>  Close Project:關(guān)閉當(dāng)前的項目。</p><p>  Exit:退出。等等</

33、p><p>  2. Edit(編輯)菜單</p><p>  Edit(編輯)菜單在電路繪制過程中,提供對電路和元件進行剪切、粘貼、旋轉(zhuǎn)等操作命令,共21個命令。</p><p>  Undo:取消前一次操作。</p><p>  Redo:恢復(fù)前一次操作。</p><p>  Cut:剪切所選擇的元器件,放在剪貼板中。

34、</p><p>  Copy:將所選擇的元器件復(fù)制到剪貼板中。</p><p>  Paste:將剪貼板中的元器件粘貼到指定的位置。</p><p>  Delete:刪除所選擇的元器件。</p><p>  Select All:選擇電路中所有的元器件、導(dǎo)線和儀器儀表。等功能。</p><p>  3.Simula

35、te(仿真)菜單</p><p>  Simulate(仿真)菜單提供18個電路仿真設(shè)置與操作命令, Simulate菜單中的命令及功能如下:</p><p><b>  Run:開始仿真。</b></p><p>  Pause:暫停仿真。</p><p>  Stop:停止仿真。</p><p&g

36、t;  Instruments:選擇儀器儀表。</p><p>  Interactive Simulation Settings...:交互式仿真設(shè)置。</p><p>  Digital Simulation Settings...:數(shù)字仿真設(shè)置。等等。</p><p>  1.3.3 Multisim 工具欄</p><p>  mul

37、tisim常用工具欄如圖1.3所示,工具欄各圖標(biāo)名稱及功能說明如下圖:</p><p>  圖1.3 Multisim 工具欄</p><p>  Fig 1.3 Multisim Toolbox</p><p>  新建:清除電路工作區(qū),準備生成新電路。 </p><p>  打開:打開電路文件。 </p><p&

38、gt;  存盤:保存電路文件。 </p><p>  打?。捍蛴‰娐肺募?</p><p>  剪切:剪切至剪貼板。</p><p>  復(fù)制:復(fù)制至剪貼板。 </p><p>  粘貼:從剪貼板粘貼。</p><p>  旋轉(zhuǎn): 旋轉(zhuǎn)元器件。</p><p>  全屏:電路工作區(qū)全屏。 &l

39、t;/p><p>  放大:將電路圖放大一定比例。 </p><p>  縮小:將電路圖縮小一定比例。</p><p><b>  等功能的快捷方式。</b></p><p>  1.3.4 Multisim的元器件庫</p><p>  multisim10提供了豐富的元器件庫,元器件庫欄圖標(biāo)和名稱

40、如下圖1.4所示。</p><p>  圖1.4 Multisim的元器件庫</p><p>  Fig 1.4 Multisim Components library</p><p>  用鼠標(biāo)左鍵單擊元器件庫欄的某一個圖標(biāo)即可打開該元件庫。從左向右依次為電源/信號源庫、基本器件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬集成電路庫、TTL數(shù)字集成電路庫、CMOS數(shù)字集成電路庫、

41、數(shù)字器件庫、數(shù)?;旌霞呻娐穾?、指示器件庫、電源器件庫、其他器件庫等。</p><p>  1.3.5 Multisim儀器儀表庫</p><p>  儀器儀表庫的圖標(biāo)及功能如圖1.5所示。</p><p>  圖1.5 Multisim儀器儀表庫</p><p>  Fig 1.5 Multisim Instrumentation libr

42、ary</p><p>  1.4 論文主要工作</p><p>  1.緒論部分主要論述了選題意義、研究現(xiàn)狀、進行了Multisim軟件的簡單介紹,主要說明軟件特點。軟件功能及論文的主要工作。</p><p>  2.基本的低通、高通、帶通、帶阻濾波器仿真單元電路</p><p>  3.多功能濾波器電路的設(shè)計與仿真</p>

43、<p>  4.得出軟件在研究中的作用</p><p>  5.學(xué)習(xí)多功能濾波器的設(shè)計方法</p><p>  6.由濾波器設(shè)計指標(biāo)計算電路元件參數(shù)</p><p>  7.掌握有源濾波器的仿真測試方法</p><p>  1.5 設(shè)計任務(wù)及要求</p><p>  根據(jù)要求完成具有高通、低通、帶通、帶阻

44、功能的濾波器電路的仿真設(shè)計,配置與調(diào)試。</p><p><b>  截止頻率可調(diào)</b></p><p>  選擇電路方案,完成對確定方案電路的設(shè)計。</p><p>  利用Multisim仿真設(shè)計電路原理圖,確定電路元件參數(shù)、掌握電路的工作原理并仿真實現(xiàn)其系統(tǒng)功能。</p><p>  調(diào)試得出結(jié)論并按要求格式完成

45、畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文。</p><p>  第二章 具有基本功能的濾波器的種類與仿真設(shè)計</p><p>  對于幅頻響應(yīng),通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶,而把受阻或衰減的信號頻率范圍稱為阻帶,通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。</p><p>  理想濾波電路在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相位響應(yīng),而在阻帶內(nèi)幅度衰減到零。按照通帶和阻帶的相互位置不同

46、,濾波電路通??煞譃橐韵聨最悾旱屯V波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等濾波電路。其理想的的幅頻特性如圖2.1所示</p><p>  我們把通帶與阻帶的分界點的頻率稱為截止頻率或轉(zhuǎn)折頻率。上圖中f0、f1、f2均為截止頻率,其中f1、f2分別稱為上限和下限截止頻率;Au為通帶的電壓放大倍數(shù)。</p><p><b>  低通濾波電路</b></p>

47、<p>  一階有源低通濾波器電路簡單,幅頻特性衰減斜率只有-20dB/10oct(十倍頻程),因此在f0處附近選擇性差,希望衰減斜率越陡越好,只有增加濾波器的階數(shù)來實現(xiàn)。</p><p><b>  電路設(shè)計分析</b></p><p>  二階有源低通濾波器電路原理圖如圖2.2所示</p><p>  通過分析發(fā)現(xiàn),二階有源低

48、通濾波器電路的輸入、輸出信號關(guān)系為</p><p><b>  式中:</b></p><p>  傳遞函數(shù)中出現(xiàn)w的二次項,故稱為二階濾波器。階數(shù)越高,幅頻特性曲線越接近理想濾波器。</p><p>  2.1.2元器件選取及電路組成</p><p><b> ?。?)元器件選取</b></

49、p><p>  仿真電路所用元器件及選取途徑如下。</p><p>  電源VCC和VEE:Place Source→POWER_SOURCES→VCC/VEE.</p><p>  接地:Place Source→POWER_SOURCES→GROUND,選取電路中的接地。</p><p>  信號源:Place Source→SIGNAL_V

50、OLTAGE_SO→AC_VOLTAGE.</p><p>  電阻:Place Basic→RESISTOR,選取47.5kΩ、27.4kΩ、10kΩ。</p><p>  電容:Place Basic→CAPACITOR,選取47nF。</p><p>  運算放大器(3554BM):Place Analog→OPAMP→3554BM。</p>&

51、lt;p>  虛擬儀器:從虛擬儀器欄調(diào)去波特圖儀。</p><p><b>  (2)電路組成</b></p><p>  將選擇好的運算放大器3554BM、直流電源、信號源、電阻、電容、波特圖儀等放置在仿真軟件工作窗口合適的位置,創(chuàng)建二階有源低通濾波器仿真電路,如圖2.3所示</p><p>  圖2.3二階有源低通濾波器仿真電路<

52、;/p><p>  Fig 2.3 Second-order active low-pass filter simulation circuit</p><p><b>  2.1.3仿真分析</b></p><p>  (1)二階有源低通濾波器的幅頻特性及仿真電路</p><p>  啟動仿真,單擊波特圖儀,可以看見二階有

53、源低通濾波器的幅頻特性曲線,如圖2.4所示</p><p>  圖2.4二階有源低通濾波器的幅頻特性曲線</p><p>  Fig 2.4the amplitude - frequency characteristic curve of second-order active low-pass filter</p><p> ?。?)二階有源低通濾波器的AC An

54、alysis</p><p>  利用AC Analysis(交流分析)功能可以分析二階有源低通濾波器電路的頻率特性。分析步鄹如下</p><p>  單擊Options→Sheet Proterties命令,再打開的對話框的Circuit選項卡中選中Show All選項</p><p>  單擊Simulate→Analysis→AC Analysis菜單命令,將

55、彈出AC Analysis對話框,進入交流分析狀態(tài)。</p><p>  選擇設(shè)置合適的參數(shù)進行仿真。</p><p>  單擊Simulate按鈕即可進行仿真分析,仿真分析結(jié)果如下圖2.5所示。</p><p>  圖2.5 二階有源低通濾波器電路的頻率特性</p><p>  Fig 2.5 frequency characteristi

56、cs of the second-order active low-pass filter circuit</p><p>  2.1.4仿真分析總結(jié)</p><p>  利用具有先進功能的Multisim仿真軟件分析二階有源低通濾波電路。先對濾波電路進行對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置,構(gòu)建電路原理圖。再在仿真軟件界面構(gòu)建電路仿真圖。利用波特圖儀及AC Analysis可以分析二階有源低通濾波電路的頻率特

57、性、幅頻特性及相頻特性。可以得知濾波電路的截止頻率。與理論得出的截止頻率相比較,兩者相符合。得證!應(yīng)用仿真軟件Multisim進行電路的仿真設(shè)計節(jié)省了大量的工作時間,可以直接方便的驗證電路方案是否正確。仿真正確后可以直接制版做電路,很好的控制了成本。</p><p>  2.2 高通濾波電路</p><p>  2.2.1電路設(shè)計分析</p><p>  高通濾波器

58、與低通濾波器作用正好相反,它允許高于截止頻率的信號通過。二階高通濾波器如下圖2.6所示:</p><p>  圖2.6二階高通濾波器電路原理圖</p><p>  Fig 2.6 Second-order high-pass filter circuit schematic</p><p>  由圖可見,它是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成,其特點是輸入阻抗

59、高,輸出阻抗低。</p><p><b>  二階有源高通濾波器</b></p><p><b>  通帶增益Avp</b></p><p><b>  傳遞函數(shù)Av(s)</b></p><p><b>  頻率響應(yīng)Av</b></p>&

60、lt;p>  由以上公式可以得出其幅頻特性曲線如下圖2.7所示</p><p>  圖2.7二階有源高通濾波器幅頻特性曲線圖</p><p>  Fig 2.7 amplitude-frequency characteristic curve of second-order active high-pass filter</p><p>  2.2.2元器件選

61、取及電路組成</p><p><b> ?。?)元器件選取</b></p><p>  仿真電路所用元器件及選取途徑如下。</p><p>  1.接地:Place Source→POWER_SOURCES→GROUND,選取電路中的接地。</p><p>  2.信號源:Place Source→SIGNAL_VOLT

62、AGE_SO→AC_VOLTAGE.</p><p>  3.電阻:Place Basic→RESISTOR,選取20kΩ、10kΩ。</p><p>  4.電容:Place Basic→CAPACITOR,選取10nF。</p><p>  5.運算放大器(OPAMP_3T_VIRTUAL):Place Analog→OPAMP→OPAMP_3T_VIRTUAL

63、。</p><p>  6.虛擬儀器:從虛擬儀器欄調(diào)去波特圖儀XBP1。</p><p><b> ?。?)電路組成</b></p><p>  將選擇好的運算放大器OPAMP_3T_VIRTUAL、交流電源、信號源、電阻、電容、波特圖儀等放置在仿真軟件工作窗口合適的位置,創(chuàng)建二階有源高通濾波器仿真電路,如圖2.8所示</p>&

64、lt;p>  圖2.8二階高通濾波電路</p><p>  Fig 2.8 Second-order high-pass filter circuit</p><p>  2.2.3二階高通濾波器仿真</p><p>  單擊Multisim仿真按鈕,打開波特儀操作面板得到二階高通濾波器的幅頻特性如下圖2.9</p><p>  圖2.

65、9二階高通濾波器的幅頻特性</p><p>  Fig 2.9Amplitude-frequency characteristic of the second-order high-pass filter</p><p>  二階有源高通濾波器的AC Analysis</p><p>  利用AC Analysis(交流分析)功能可以分析二階有源高通濾波器電路的頻率

66、特性。分析步鄹如下</p><p>  1單擊Options→Sheet Proterties命令,再打開的對話框的Circuit選項卡中選中Show All選項</p><p>  2單擊Simulate→Analysis→AC Analysis菜單命令,將彈出AC Analysis對話框,進入交流分析狀態(tài)。</p><p>  3選擇設(shè)置合適的參數(shù)進行仿真。如下

67、圖2.10所示</p><p>  圖2.10 參數(shù)設(shè)置</p><p>  Fig 2.10 Parameter settings</p><p>  4單擊Simulate按鈕即可進行仿真分析,仿真分析結(jié)果如圖2.11所示。</p><p>  圖2.11二階有源高通濾波器AC Analysis仿真分析結(jié)果</p><

68、p>  Fig 2.11 Second-order active high-pass filter the AC Analysis simulation analysis results </p><p>  在仿真軟件右側(cè)儀器儀表欄調(diào)取雙通道示波器xsc1,使A通道檢測顯示信號源信號波形,使B通道監(jiān)測顯示通過了高通濾波電路之后的信號。在這里可以設(shè)置波形顯示顏色以示區(qū)別便于觀察。單擊A通道導(dǎo)線,按右鍵選擇S

69、egment Color可以設(shè)置波形顏色。在這里把電路輸入前的信號波形設(shè)置為黑色。如下圖所示。當(dāng)信號源的信號頻率處于截止頻率之下時,電路輸出波形為一條直線,即限制抑制了信號的通過。如下圖2.12中紅線所示,圖中黑色波形為信號源信號。</p><p>  圖2.12 仿真演示圖</p><p>  Fig 2.12 Simulation demo map</p><p&

70、gt;  當(dāng)信號源的頻率為高頻信號時,可由上圖可知,紅色輸出波形通過了濾波電路。驗證說明了此高通濾波仿真電路具有抑制低頻信號是高頻信號通過的良好性能。</p><p>  2.3 帶通濾波電路</p><p>  2.3.1 電路工作原理</p><p>  工作原理:這種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過,而比</p><p&g

71、t;  通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。典型的帶通濾波器</p><p>  可以從二階低通濾波器中將其中一級改成高通而成如圖2.13(a)</p><p> ?。╝)電路原理圖 (b)幅頻特性</p><p>  圖2.13 帶通濾波電路原理圖及幅頻特性</p>

72、<p>  Fig 2.13 Band-pass filter circuit schematic and amplitude-frequency characteristics</p><p><b>  電路性能參數(shù)</b></p><p><b>  通帶增益</b></p><p><b> 

73、 中心頻率f0</b></p><p><b>  通帶寬度:</b></p><p>  此電路的優(yōu)點是改變Rf 和R4 的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率。</p><p>  2.3.2帶通濾波電路仿真</p><p><b>  (1)元器件選取</b></p>&

74、lt;p>  仿真電路所用元器件及選取途徑如下。</p><p>  1.接地:Place Source→POWER_SOURCES→GROUND,選取電路中的接地。</p><p>  2.信號源:Place Source→SIGNAL_VOLTAGE_SO→AC_VOLTAGE.</p><p>  3.電阻:Place Basic→RESISTOR,選取

75、27.4kΩ、10kΩ、20kΩ、47.5kΩ。</p><p>  4.電容:Place Basic→CAPACITOR,選取10nf、47nf。</p><p>  5.運算放大器(3554BM):Place Analog→OPAMP→3554BM。</p><p>  6.虛擬儀器:從虛擬儀器欄調(diào)去波特圖儀XBP1、XSC1。</p><p

76、><b> ?。?)電路組成</b></p><p>  將選擇好的運算放大器3554BM、交流電源、信號源、電阻、電容、波特圖儀、示波器等放置在仿真軟件工作窗口合適的位置,創(chuàng)建二階有源帶通濾波器仿真電路,帶通濾波器電路仿真電路圖如圖2.14所示</p><p>  圖2.14二階有源帶通濾波器電路</p><p>  Fig 2.14

77、Second-order active band-pass filter circuit</p><p>  單擊Multisim仿真按鈕,打開波特儀操作面板得到二階帶通濾波器的幅頻特性如下圖2.15所示</p><p>  圖2.15二階有源帶通濾波器幅頻特性</p><p>  Fig 2.15 Second-order active bandpass filt

78、er amplitude-frequency characteristics</p><p>  圖2.16二階有源帶通濾波器AC Analysis仿真分析結(jié)果</p><p>  Fig 2.16 Second-order active bandpass filter AC Analysis simulation results</p><p>  2.4 帶阻濾

79、波電路</p><p>  2.4.1 帶阻濾波電路特性</p><p>  電路的性能和帶通濾波器相反,即在規(guī)定的頻帶內(nèi),信號不能通過(或受到很大衰減或抑制),而在其余頻率范圍,信號則能順利通過。在雙T 網(wǎng)絡(luò)后加一級同相比例運算電路就構(gòu)成了基本的二階有源BEF。</p><p>  圖2.17帶阻濾波器電路原理圖</p><p>  Fig

80、 2.17 Band-stop filter circuit schematic</p><p>  帶阻濾波器電路原理圖如圖2.17所示,由節(jié)點導(dǎo)納方程可以導(dǎo)出電路的傳遞函數(shù)為</p><p><b>  或</b></p><p><b>  式中</b></p><p>  如果Auf=1,則

81、Q=0.5,增加Auf,Q將隨之升高。當(dāng)Auf趨2時,Q趨向無窮大。因此,Auf越接近2,|A|越大,可使帶阻濾波器的選頻特性越好。式子為帶阻濾波器傳遞函數(shù)的典型表達式。其中,Wn為中心角頻率,而Q則稱為等效品質(zhì)因數(shù)。</p><p>  2.4.2帶阻濾波電路仿真</p><p><b> ?。?)元器件選取</b></p><p>  仿真

82、電路所用元器件及選取途徑如下。</p><p>  1.接地:Place Source→POWER_SOURCES→GROUND,選取電路中的接地。</p><p>  2.信號源:Place Source→SIGNAL_VOLTAGE_SO→AC_VOLTAGE.</p><p>  3.電阻:Place Basic→RESISTOR,選取5.1kΩ、10kΩ、2

83、10kΩ、49.9kΩ。</p><p>  4.電容:Place Basic→CAPACITOR,選取1nF。</p><p>  5.運算放大器(3554BM):Place Analog→OPAMP→3554BM。</p><p>  6.虛擬儀器:從虛擬儀器欄調(diào)去波特圖儀XBP1。</p><p><b> ?。?)電路組成&

84、lt;/b></p><p>  將選擇好的運算放大器3554BM、交流電源、信號源、電阻、電容、波特圖儀等放置在仿真軟件工作窗口合適的位置,創(chuàng)建二階有源帶阻濾波器仿真電路,帶阻濾波器電路仿真電路圖如圖2.18所示</p><p>  圖2.18二階有源帶阻濾波器仿真電路</p><p>  Fig 2.18 Second-order active band-

85、stop filter simulation circuit</p><p>  2.4.3 仿真分析</p><p>  單擊Multisim仿真按鈕,打開波特儀操作面板得到二階高通濾波器的幅頻特性如下圖2.19所示</p><p>  圖2.19二階有源帶阻濾波器幅頻特性圖</p><p>  Fig 2.19 Second-order

86、active band-stop filter amplitude-frequency characteristic</p><p>  對二階有源帶阻濾波器進行AC Analysis,可用2.2.3小節(jié)中二階有源高通濾波器的AC Analysis分析步驟進行適當(dāng)?shù)牟僮?。分析可得到它的交流分析?shù)據(jù)如下圖2.20所示</p><p>  圖2.20帶阻濾波器電路AC Analysis分析&l

87、t;/p><p>  Fig 2.20 Band-stop filter circuit the AC Analysis Analysis</p><p><b>  2.5多功能濾波器</b></p><p>  2.5.1設(shè)計目的及要求</p><p>  設(shè)計仿真一種可以低通、高通、帶通、帶阻的多功能濾波器電路。確定電

88、路參數(shù),選擇電路方案,完成對確定方案電路的設(shè)計,利用Multisim構(gòu)造電路圖進行仿真分析,得出仿真結(jié)果結(jié)論。</p><p>  2.5.2參數(shù)的確定</p><p>  要實現(xiàn)多功能具有高通、低通、帶通、帶阻功能的濾波器電路,就需要有四個運算放大器,每個運算放大器的輸出端電壓為U01,U02,U03,U04,那么有計算參數(shù)如下:</p><p>  由以上各式可

89、以得到A,B,C,D四個輸出端口的電壓增益分別為:,,,以下各式為電壓增益的復(fù)頻域表示。</p><p>  下圖為各電壓增益關(guān)于角頻率ω的函數(shù)圖像</p><p>  圖2.21 多功能濾波器各個端口電壓增益與角頻率的函數(shù)關(guān)系</p><p>  Fig2.21 Voltage gain and ωo relationship of the various por

90、ts of multi-function filter function</p><p>  由圖2.21與圖2.22可以看出A端口輸出電壓在高頻輸入時正常輸出,低頻時信號被衰減,因此具有高通特性。B端口輸出電壓在低頻與高頻輸入時都被衰減,因此具有帶通特性。C端口輸出電壓在高頻輸入時被衰減,因此具有低通特性。D端口輸出電壓在中頻輸入時被衰減,因此具有帶阻特性。綜合以上分析,多功能濾波電路可以同時實現(xiàn)高通、帶通、低

91、通、帶阻四種濾波特性。濾波電路的截止頻率為,以上的各個公式構(gòu)成了確定多功能有源濾波器電阻,電容的原則。若改變?yōu)V波器的高低通截止頻率,可調(diào)節(jié)電路中電容值或電阻值。</p><p>  2.5.3電路圖的設(shè)計</p><p>  圖2.22多功能濾波器電路原理圖</p><p>  Fig 2.22Multifunction filter circuit schemat

92、ic</p><p><b>  2.5.4仿真分析</b></p><p>  首先在軟件工作區(qū)繪制電路源理圖,并確定個電路元件的值,如圖所示。采用不同頻率的輸入信號,觀察A,B,C,D四個輸出端口的輸出電壓波形。其中A為高頻輸出,B為帶通輸出,C為低通輸出,D為帶阻輸出。</p><p>  把兩個頻率不同的正弦信號通過電壓加法器A1疊加在

93、一塊,用一個四通道示波器分別顯示高通、帶通、低通、帶阻濾波器的信號輸出。</p><p>  圖2.23 多功能濾波器仿真電路圖</p><p>  Fig 2.23 Multifunction filter simulation circuit</p><p>  如圖所示對仿真電路圖中的4、6、10、11節(jié)點進行AC Analysis分別得到多功能濾波器高通端、

94、帶通端、帶阻端、低通端的幅頻特性如下圖所示</p><p>  圖2.24 多功能濾波器高通端AC Analysis</p><p>  Fig 2.24 Multifunction filter high-pass side AC Analysis</p><p>  圖2.25 多功能濾波器帶通端AC Analysis</p><p> 

95、 Fig 2.25 Multifunction filter band-pass side AC Analysis</p><p>  圖2.26 多功能濾波器帶阻端AC Analysis </p><p>  Fig 2.26 Multifunction filter band-stop side AC Analysis</p><p>  圖2.27多功能濾波器

96、低通端AC Analysis </p><p>  Fig 2.27 Multifunction filter low-pass side of the AC Analysis </p><p>  由上四幅圖可以得知四個端口分別具有高通、帶通、帶阻、低通的特性。由此可知仿真電圖具有多功能濾波器的功能。</p><p><

97、;b>  結(jié)論</b></p><p>  濾波電路是一種能使有信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置。在信號處理、通信數(shù)據(jù)傳送方面有著重要應(yīng)用。本畢業(yè)設(shè)計基于模擬電路的知識利用Multisim仿真軟件進行仿真設(shè)計。在仿真過程中Multisim用軟件的方法虛擬電子與電工元器件,虛擬電子與電工儀器和儀表,實現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件及儀器”。利用Multisim軟件的強大功能實現(xiàn)了計算機仿真設(shè)

98、計與虛擬實驗,與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計相比較,具有以下特點:設(shè)計與實驗可以同步進行,可以邊設(shè)計邊試驗,修改調(diào)試方便;設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全,可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗;可方便的對電路參數(shù)進行測試與分析;實驗中不消耗實際的元器件,實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制,試驗成本低,試驗速度快,效率高;設(shè)計和試驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。畢業(yè)設(shè)計中先分析電路所具有的功能,進行參數(shù)設(shè)置,然后進行軟件仿真證明電路正確與否。在

99、方便的仿真過程中加深了對濾波電路知識的理解與深化。</p><p><b>  致謝語</b></p><p>  歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完,在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙,都在老師和同學(xué)的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—**老師,在整個論文寫作過程中,對我進行了耐心的指導(dǎo)和幫助,提出嚴格要求,引導(dǎo)我不斷開闊思路,為我答疑解惑,鼓

100、勵我大膽創(chuàng)新,使我在這一段寶貴的時光中,既增長了知識、開闊了視野、鍛煉了心態(tài),又培養(yǎng)了良好的探索習(xí)慣和科研精神。在此,我向我的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意!</p><p>  另外,在校圖書館查找資料的時候,圖書館的老師也給我提供了很多方便的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝!</p><p>  感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者大師們。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻,如

101、果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā),我將很難完成這篇論文的寫作。</p><p>  感謝我的同學(xué)和朋友,在我寫論文的過程中給予我了很多相關(guān)資料,還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。</p><p>  由于我的學(xué)術(shù)水平有限,所寫論文難免有不足之處,懇請各位老師和同學(xué)批評指正。</p><p><b>  參考文獻</b></p&

102、gt;<p>  [1]黃智偉等.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2008.1 . </p><p>  [2]郭小軍.電子電路仿真[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2009.7.</p><p>  [3]程勇.實例講解Multisim 10電路仿真[M].北京:人民郵電出版社,2010.4.</p>&

103、lt;p>  [4]王連英.基于Multisim 10的電子仿真實驗與設(shè)計[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2009.</p><p>  [5]周潤景 郝曉霞.Multisim&LabVIEW虛擬儀器設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.</p><p>  [6]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].北京:高等教育出版社,2006.1.</p>

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105、t;/p><p>  [11]李忠波. 電子設(shè)計與仿真技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.</p><p>  [12]黃培根.Multisim 10虛擬仿真和業(yè)余制版實用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.</p><p>  [13] 華成英.模擬電子基本教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.</p><p>  [14

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