電路課程設(shè)計---低通濾波器

1、<p><b>　　題目：低通濾波器</b></p><p><b>　　一、設(shè)計目的</b></p><p>　　掌握低通，高通濾波器工作原理，設(shè)計濾波器電路；畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖，掌握濾波器工作原理及其設(shè)計方法，并對各種元器件的功能和應(yīng)用有所了解。并能對其在電路中的作用進行分析。另外還要掌握電路原理和分析電路設(shè)計流程，每個

2、電路的設(shè)計都要有完整的設(shè)計流程。這樣才能在分析電路是有良好的思路，便于查找出錯的原因。</p><p><b>　　二、設(shè)計題目</b></p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)要求：</b></p><p>　　通帶邊界頻率ωc=3140rad/s（fc=500Hz）； 通帶最大衰減αmax=3dB；</p>

3、<p>　　阻帶邊界頻率ωs=18840rad/s（fs=3000Hz）；阻帶最小衰減αmin=30dB；</p><p><b>　　三、設(shè)計要求</b></p><p>　　濾波器設(shè)計步驟如下：</p><p>　　根據(jù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計出符合要求的濾波器的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)。</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)設(shè)計出

4、電路圖。</p><p>　　首先設(shè)計出電路的結(jié)構(gòu)組成，使其可以實現(xiàn)滿足技術(shù)要求的相應(yīng)濾波器的功能；然后確定所設(shè)計出的電路中的各元器件參數(shù)。具體計算時最好先選擇合適的電容C的值，這樣可避免計算出的C值太大或太小。</p><p><b>　　計算機上進行仿真。</b></p><p>　　仿真時首先在Workbench仿真軟件下畫出電路圖，并給

5、各元件賦上自己所確定的參</p><p>　　數(shù)，然后運用虛擬儀器波特圖儀和示波器分析所設(shè)計的濾波器的幅頻特性，觀察幅頻響應(yīng)曲線，如果與理想曲線接近就可到實驗室作出實物，否則應(yīng)該進一步檢驗所設(shè)計的電路及各個元件參數(shù)是否正確。仿真過程中應(yīng)Copy下仿真電路的幅頻特性曲線、相頻特性曲線，并在特性曲線上標(biāo)注截止頻率點。</p><p>　　實驗室作出實際電路并檢查無誤后就可用示波器觀察其幅頻特性

6、。</p><p>　　實驗過程中，要求記錄不同輸入頻率時，輸出波形幅值的變化規(guī)律，實驗完畢采用描點法將輸出幅值隨輸入信號頻率的變化規(guī)律在幅頻特性曲線上繪出，其波形變化規(guī)律應(yīng)與仿真結(jié)果一致。</p><p>　　實驗完畢，總結(jié)實驗結(jié)論，并分析理想的濾波器特性與自己所設(shè)計的濾波器特性接近程度，如果比較接近說明設(shè)計的較為理想，否則應(yīng)該分析出誤差較大的原因并在設(shè)計報告上寫出分析過程。</p

7、><p>　　最后所交上的設(shè)計報告應(yīng)包括的內(nèi)容：</p><p>　　1.根據(jù)技術(shù)要求確定濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的詳細(xì)推導(dǎo)過程。</p><p>　　2.根據(jù)所推出的濾波器電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)設(shè)計濾波器電路圖的設(shè)計過程，所設(shè)計出的電路圖中的各元件參數(shù)的選擇方法和詳細(xì)計算過程及最后確定的實際元件的參數(shù)值。</p><p>　　3.Workbench仿真軟件下的

8、仿真過程及結(jié)果分析，其中包括所設(shè)計電路的幅頻特性曲線、相頻特性曲線，并在特性曲線上標(biāo)注截止頻率點；不同輸入頻率時，在示波器上觀測到的輸出幅值的變化規(guī)律。要求仿真曲線必須用計算機打印出來，并在圖上打印上設(shè)計者姓名。</p><p>　　4.實驗室所做電路特性分析及其誤差分析。</p><p>　　四、實驗室所能提供元器件</p><p>　　電阻、電容、運算放大器&l

9、t;/p><p>　　五、實驗室所能提供設(shè)備</p><p>　　雙蹤示波器、掃頻儀、電路板、信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　六、設(shè)計方案及結(jié)果</b></p><p><b>　　低通濾波器</b></p><p>　　低通濾波器是一種能讓從直流到截止頻率的低

10、頻分量通過，同時衰減或抑制高頻分</p><p>　　量的器件。其特性用幅頻特性曲線來表示，此處幅頻特性指的是電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)的振幅對頻率或的變化曲線。理想的低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線如圖1虛線所示，但這種幅頻特性實際上是無法實現(xiàn)的，實線所示則是接近理想的實際情況。通常稱區(qū)間為通帶，區(qū)間為阻帶，為過渡帶。稱為截止角頻率(或者用表示，)，它的定義是當(dāng)下降為最大值的1/倍時的頻率。通帶內(nèi)最大衰減指的是在通帶以內(nèi)的幅度比其最

11、大值衰減不能超過，阻帶內(nèi)最小衰減為指的是在阻帶以內(nèi)的幅度比其最大值衰減不能小于。</p><p>　　圖1 低通濾波器的幅頻特性曲線</p><p>　　接近理想的二階低通濾波器可由以下電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)表示：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中 K —— 通帶電壓增益。<

12、/p><p>　　低通濾波器的增益是它的傳遞函數(shù)在s=0時的值，由上式可知其增益為K 。</p><p>　　類似，高階低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)可用一個n階電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)來表示，此時其分母是n次多項式。</p><p><b>　　推導(dǎo)過程:</b></p><p><b>　　節(jié)點1：</b></p&

13、gt;<p><b>　　節(jié)點2：</b></p><p>　　因為是理想運放，所以：</p><p><b>　　又：</b></p><p>　　聯(lián)立上述方程組解得(既轉(zhuǎn)移函數(shù))：</p><p><b>　　計算過程：</b></p><

14、p><b>　　參考頻率：;</b></p><p><b>　　通帶邊界頻率：;</b></p><p><b>　　阻帶邊界頻率：;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　;</b>&l

15、t;/p><p><b>　　對比兩個轉(zhuǎn)移函數(shù)</b></p><p><b>　　令：</b></p><p><b>　　由上式解得：</b></p><p><b>　　電路圖為：</b></p><p><b>　　E

16、wb仿真結(jié)果：</b></p><p>　　通帶最大衰減amax=3dB</p><p>　　阻帶最小衰減amin=30dB</p><p>　　通帶內(nèi)頻率f=250Hz</p><p>　　截止頻率f=500Hz</p><p>　　過渡帶內(nèi)頻率f=2000Hz阻帶邊界頻率f=3000Hz</p&g

17、t;<p>　　阻帶內(nèi)頻率f=5000Hz</p><p><b>　　實際電路結(jié)果：</b></p><p>　　250Hz 20V 衰減0dB</p><p><b>　　8格*2V=16V</b></p><p>　　3KHz 20V 衰減30d

18、B</p><p>　　2格*0.2V=0.4V</p><p>　　此電路通帶最大頻率：500Hz;阻帶最小頻率：3KHz</p><p><b>　　七、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我了解了濾波器的工作原理，參數(shù)設(shè)計，計算，加深了對轉(zhuǎn)移函數(shù)及歸一化原理的理解，體驗到了課程設(shè)計中的快樂!&l