课设-二阶有缘带通滤波器.doc

课程设计论文题 目： 二阶有源带通滤波器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号： 0800210326 指导教师： 王吉平 职 称： 讲师 2010年 12月 22 日桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第2页 共3页摘 要近年来，各种基于电力电子技术的非线性装置在电力系统中的应用日益广泛，使得谐波危害日益严重。为了保证电力系统的安全运行，必须对谐波污染进行治理，以改善电能质量。就当前的工业现实而言，抑制谐波的基本手段是装各类滤波补偿装置。无源滤波器的结构简单，经济性好，但易受电网阻抗和运行状态影响与系统发生谐振，且仅能补偿固定频率的谐波。而有源滤波器则可以解决这些问题，并且可以自动跟踪补偿变化的谐波，具有高度可控性，因而具有极高的发展前景。本文的主要内容有：1. 压控电压源二阶有源带通滤波器理论，包括其数学模型和典型参数；2. 介绍集成运放A741的结构、引脚及性能参数；3. 软件protel 99SE 和 multisim 10的简要介绍；4. 焊接的基本知识；5. 设计、仿真、制作一个二阶压控电压源滤波器，并对其进行测试。关键词：二阶压控电压源带通滤波器；典型参数；仿真；测试Abstract In recent years, various based on power electronic technology of nonlinear device in power system are applied widely, making the increasingly serious harmonic harm. In order to ensure the safe operation of the power system harmonic pollution, it is necessary to undertake administrative, in order to improve the quality of power.Of the current industrial real character, restrain harmonics of the basic means is packed all kinds of filter compensation devices. Passive filter structure is simple, economical, but vulnerable network impedance and running state affecting and system in resonance, and only can compensate fixed frequency harmonics. And active filter may solve these problems, and can be used to monitor the changes of harmonic compensation, highly controlled, thus has the high development prospects.The main content of this article are:1. The voltage controlled voltage source second-order active band-pass filters theory, including its mathematical model and the typical parameters,2. Introduce integrated op-amp muon A741 structure, pins and performance parameters,3. Software protel 99 and multisim brief introduction,4 the basic knowledge of welding,5. Design, make a second order voltage controlled voltage source filter, and carries on the test.Key words: voltage controlled voltage source second-order band-pass filter; Center frequency;Bandpass bandwidth目 录引言11 压控电压源二阶有源带通滤波器理论概述11.1 压控电压源二阶带通滤波器电路模型11.2 压控电压源二阶带通滤波器电路电路特点22 集成运放A741简介22.1电路结构22.2 引脚说明22.3 性能参数33 软件protel 99SE 和 multisim 10的简要介绍33.1 protel 99SE简介33.2 multisim 10简介54. 焊接的基本知识54.1 焊接材料54.2 焊接方法54.3 焊接时注意事项54.4 拆焊65 设计、制作一个二阶压控电压源带通滤波器65.1 设计要求65.2 设计步骤65.2.1 元器件的选择65.2.2 元器件的调整85.2.3 仿真85.3 利用protel 99SE进行电路板的制作105.4 电路板的测试116 总结12谢 辞13参考文献14桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第13页 共14页引言测量和分析工程信号时，往往只需对特定频率或者特定频率范围的信号进行测量和分析，但在实际工程信号中，往往包含各种各样的干扰信号或者说是人们不感兴趣的信号。为了消除这些信号所产生的不良影响，人们最先想到的就是利用一个理想的带通滤波器，将这些干扰信号全部剔除。但理想带通滤波器仅在理论上存在，实际设计和应用的带通滤波器只能尽可能地逼近理想的带通滤波器。本文以压控电压源二阶有源带通滤波器为例，介绍一下设计、仿真、制作一个带通滤波器的全过程。1 压控电压源二阶有源带通滤波器理论概述带通滤波器是指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的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。1.1 压控电压源二阶带通滤波器电路模型其传输函数为： 中心角频率为：通带带宽为：中心频率处电压的放大倍数为：其中，1.2 压控电压源二阶带通滤波器电路电路特点1) 只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。2) 调节R4、R5,可调整增益，中心频率不变，带宽改变。2 集成运放A741简介2.1电路结构2.2 引脚说明第2管脚是负输入端；第3管脚是同相端输入端；第4和第7管脚分别为负直流源和正直流源输入端；第6管脚为输出端；第8管脚是悬空端；第1管脚和第5管脚是为提高运算精度。2.3 性能参数电源电压+VCC -VEE+3V+18V,典型值+15v-3V-18V,典型值-15V工作频率10kHz输入失调电压2mV单位增益带宽1MHz输入失调电流20nA转换速度0.5V/s开环电压增益106dB共模抑制比90dB输入电阻2M功率消耗50mW输出电阻75输入电压范围13V3 软件protel 99SE 和 multisim 10的简要介绍3.1 protel 99SE简介Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶,能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具,而是一个系统工具,覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件,以便用户顺利过渡到新的EDA平台。Protel99 SE共分5个模块,分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表;强大的全局编辑功能;在原理图中选择一级器件,PCB中同样的器件也将被选中; 同时运行原理图和PCB,在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB）,也可以进行反向注释（由PCB到原理图）,以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性; 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出,GB4728国标库）; * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）;支持用CUPL语言和原理图设计PLD,生成标准的JED下载文件; * PCB可设计32个信号层,16个电源-地层和16个机加工层;强大的“规则驱动”设计环境,符合在线的和批处理的设计规则检查;智能覆铜功能,覆铀可以自动重铺;提供大量的工业化标准电路板做为设计模版;放置汉字功能;可以输入和输出DXF、DWG格式文件,实现和AutoCAD等软件的数据交换;智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）;方便的打印预览功能,不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果;独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果;强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等;经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法,信号完整性分析直接从PCB启动反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合;专家导航帮您解决信号完整性问题。3.2 multisim 10简介multisim 10概述：通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为借助高级电路分析, 理解基本设计特征通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。4. 焊接的基本知识4.1 焊接材料焊接材料主要包括焊锡和焊剂。手工烙铁焊接常用丝状焊锡。焊剂又称助焊剂，通常是以松香为主要成分的混合物，是保证焊接过程顺利进行的辅助材料。焊剂的主要作用是:增强焊料和被焊金属表面的活性，提高浸润能力；防止焊锡氧化；加快热量传递；使焊点更美观。4.2 焊接方法带锡焊接法：先把元器件插入印制板规定的位置，经检查无误后，再使已加热的烙铁头刃口上带上适量焊锡进行焊接。点锡焊接法：先把元器件插入印制板规定的位置，经检查无误后，再用右手握电烙铁，烙铁头的刃口放在元器件引脚焊接位置，左手握焊锡丝的一端去接触烙铁刃口与元器件引脚的共同点进行焊接。4.3 焊接时注意事项1) 在焊锡未凝固以前不得摇动元器件引脚，以免造成虚焊；2) 焊接热敏易损元件时，可用镊子或尖嘴钳尖夹住元器件的引脚以帮助散热；3) 要特别注意电烙铁加热后的安全，要在烙铁架上放好；4.4 拆焊操作要领：加热迅速、注意力集中、动作快5 设计、制作一个二阶压控电压源带通滤波器5.1 设计要求设计一个二阶压控电压源带通滤波器，要求中心频率为1khz，品质因数为10，增益等于2。5.2 设计步骤5.2.1 元器件的选择根据上面参数K与频率关系图和公式K=100/(f0*C)其中，中心频率单位为hz，电容单位为F选定C=22nF，则得到，K=4.55。根据设计表：电路元件值（Q=10）增益1246810R131.83115.9157.9585.3053.9793.183R21.1671.1661.1601.1481.1311.110R32.2512.3322.5022.6842.8763.078R4、R54.5024.6645.0045.3685.7526.156电阻为参数K=1时的值，单位为kK=4.55时，R1=72.41k,R2=5.31k,R3=10.61k,R4=R5=21.22k。取R1=75k,R2= 5.6k,R3=11 k,R4=R5=22 k。5.2.2 元器件的调整如上选择器件，中心频率偏高，减小R1来调整，然而此时增益减小较大，增大R5来提高增益。最终选取R1=24 k,R2=5.6k,R3=11k,R4=22 k,R5=27 k，C=22nF。5.2.3 仿真1) 电路原理图2) 利用multisim 10进行电路的仿真中心频率为1.01khz,中心频率处增益为24.95dB,即17.68。3dB截止频率为1.043khz和998.136hz通带带宽为BW=1.043-998.136=44.864hz电路品质因数为Q=f0/BW=22.295.3 利用protel 99SE进行电路板的制作1) 电路原理图2) PCB布线5.4 电路板的测试1) 输入信号幅值为1Vpp时，输出电压与输入频率之间的对应关系的测量与处理频率/hz100200300400500600650输出电压/Vpp0.074 0.155 0.195 0.280 0.355 0.460 0.540 700750800850900950100010500.650 0.745 0.835 1.065 1.220 1.525 1.990 2.925 110011201140115011601180120012504.950 5.800 6.100 6.000 5.960 5.260 4.840 3.620 130013501400150016001700200030002.810 2.260 1.860 1.420 1.140 0.700 0.675 0.365 4000500010000200003000040005000100000.240 0.190 0.092 0.050 0.035 0.240 0.190 0.092 2) 典型参数的测量与计算根据表格可知，中心频率为1140HZ，中心频率处增益为6.100。测量得到，幅值为4.31Vpp（6.10*0.707=4.31）所对应的频率为1090HZ和1220HZ，所以，计算得到，通带带宽为BW=1220-1090=130（HZ），品质因数Q=1140/130=8.77。3) 测试结果与仿真结果进行比较分析元器件焊倒电路板后，用万用表测得R1=24K,R2=5.7K,R3=10.6K,R4=22K,R5=27K。由于R2,R3电阻与仿真时有偏差，以及其他一些环境、温度、介质材料等客观因素的影响，实际的Q值偏小1.23，带宽偏大30hz,中心频率偏大140K。另外，阻带的衰减还不够快。6.总结通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，