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文档简介
1、屯E4元空丈罟课程设计说明书课程 设计题 目二阶带通滤波器的设计学院 名称:信息工程学院 专业:电子信息科学与技术姓 名:班级:学号:同 组人:指导老师:信息工程学院2012年3月20日信息工程学院课程设计任务书I、课程设计题目:二阶带通滤波器II、课程设计技术要求及主要元器件:【基本要求】:1)中心频率f。 =1KHz ;2)增益 Av = 2;3)品质因素Q=10;【主要参考元器】:UA74 1芯片,0.01 讪电容,电阻160K , 24K , 12K , 47K山、电子专业课程设计工作内容及进度安排:第一周查阅资料,确定方案,Multisim仿真第二周 设计制作,电路调试,撰写报告W、
2、主要参考资料:1 吴友宇模拟电子技术基础武汉:清华大学出版社,2009.2 康华光.模拟电子技术基础.武汉:高等教育出版社,2005.7 .3 舒庆莹,凌玲模拟电子技术基础实验武汉:武汉理工大学出版社,2008.2 .4 毕满清,电子技术实验与课程设计,机械工业出版社。 谢自美电子线路设计第三版武汉:华中科技大学出版社,2006 童诗白模拟电子技术基础(第五版)M.北京:高等教育出版社,2005摘要滤波器( filter ),是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而 得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,就 是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或消
3、除一个特定频。比如带通滤波器 , 带通 滤波器的作用是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。它的用处非常大 , 它可以处理信号 , 虑去无用的干扰信号,使信号满足自己 的需要。如许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器,以选出各个不 同频段的信号, 在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。目前,滤波器被广泛地用在通信、广播、雷达以及许多仪器和设备中。滤波器的应用频率范 围极宽,有适用于低到零点几赫的滤波器,也有高到微波波段的滤波器。根据滤波频 率的中心频率和其他要求的不同,滤波器中采用各种谐振元件,电感、电容是最常用 的谐振元件。随着
4、电子技术的发展,许多电路和系统都要区分不同频率的信号,从而 使滤波器的设计理论日趋完善。滤波器的种类很多,分类方法也不同。1. 从功能上分;低、带、高、带阻。2.从实现方法上分:FIR、IIR3.从设计方法上来分:Chebyshev(切 比雪夫) ,Butterworth (巴特沃斯) 4. 从处理信号分:经典滤波器、现代滤波器关键字:有源 带通滤波器 参数 Multisim 仿真目录前言 2第一章 二阶带通滤波器的设计要求 31.1 简介1.2 设计任务及要求第二章 系统组成及工作原理 42.1 设计原理 42.2 设计方案 52.2.1 元件参数选取 5第三章 二阶带通滤波器实际仿真与测试
5、 7第四章 电路的焊接调试及误差分析 134.1 电路的安装 134.2 电路的调试 144.3 误差分析 14设计结论及心得 15参考文献 15、八前言近几年,随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备,而产生的大量的高次谐波,已导致电网上网正常波形发生严重畸变,影响到供电 系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。随着生产技术方式的变化,生产力确实得到较大提高,可同时也受到方方面面的限制。如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验,试验过程 中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰,为评价新方案的效果,需排除这 些随即因素的影响,即,需要一个滤波器。经滤波以后,对新方案
6、的效果进行检 验。说到滤波器,可分为两种:有源和无源。有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力 电子装置,在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等, 相位相反的谐波向量, 这样可以抵消掉系统谐波,使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外,同时还可 以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,补偿无功 细致。缺点为容量相对无源滤波小。当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻(调谐滤波)状态 , 给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优 点为运行稳定,技术相对成熟,容量大。缺点为谐波滤除
7、率一般只有80%,对基波的无功补偿也是一定的。我们通过自身的所学知识设计了这个二阶低通滤波器,并尽可能的调试,希望能 得到较好的滤波效果。此设计以模拟电子技术的基本理论为基础,并通过查阅手册和参考文献资料,综 合运用电子技术课程中所学的理论知识,在一个团队的共同协作下完成。特别需要指 出的是在本系统设计过程中得到了孙成立老师的指导,还有同学们的相互支持,特在 此表示衷心的感谢!第一章 二阶带通滤波器的设计要求1.1 简介 带通滤波器是指能通过某一频率范围的频率分量、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
8、 带 通滤 波 器的 例 子 是 电阻 -电 感 -电 容 电 路( RLC ci r cui t )。这 些 滤 波 器 可 以 用 低 通 滤 波 器 同 高 通 滤 波 器 组 合 来 产 生。1.2 设计任务及要求一、基本要求:1 ) 中 心 频 率 要 达 到 1KHz.2) 增 益 Av=2;3) 品 质 因 素 Q=10二、设计任务 :( 1 )根 据 原 理图 分析 电 路 的功 能 ;( 2 )设 计 选 取合 适的 原 件 参数 。( 3 )熟 悉 电 路中 所用 到 的 UA741 芯 片 的 管 脚 及 其 功 能 。( 4 )进 行 电 路的 装接 、 调 试, 直
9、到 电 路 能 达 到 规 定 的 设 计要求;( 5 ) 写 出 完 整 、 详 细 的 课 程 设 计 报 告 ;第二章系统组成及原理2.1设计原理一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带,例如在通带内没有增益或衰 减,并且在通带之外所有频率都没有完全衰减掉,另外,通带外的转换在极小的频率 范围内完成。实际上,并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能将期望频率范围之 外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所有的通带外还有一个呗衰减但是没有被隔离的 范围。这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍平频的衰减幅度dB来表示。通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接 近
10、。然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦一一开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。带通滤波器的幅频特性如右图所示。其特性参数有:中心角频率3。或f 0带宽BW3 h- 3 I或厶f= fh-fl,其中3 h称为上截止角频率,3I称为下截止角频幅频特性品质因数Q=3 0 /BW 或Q=f o / f,Q值越 高,滤波器的选择性 越好,带宽BW越窄, 但也不能太高,否则 电路元件值分布越大, 难以调整,一般取Q i-TmetkfLM Sake sD D-iwX PKItlQfT oP?7t Aau I E Aj 丸 mCH*nr*l ASoak=|O m
11、V;Div Y position|oac- _nFXSC1由仿真图得知,在高频段和低频的信号被抑制住了,而只允许中频段的信号通过。符 合带通滤波器的要求。第四章 电路的焊接、调试及误差分析4.1 电路的安装:按如图所示,制作好电路板。电路板制作好后,先用万用表检测一下电路是否有短路 或断路的地方,检查无误后方可接通电源进行调试。4.1.2 电路安装要注意几个原则 :1. 需进行整体布局的构思,使元器件分布合理、整体上更加美观;2. 先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等;3. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边,以起一定的屏蔽作用;4. 最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、
12、漏焊,更不能出现过焊,因为有些器件,不能耐高温, 电烙铁不能停留太久4.2 电路的调试在连接好电路后,大致检查了一下电路没有连错,于是开始接通电源,但是没有 达到预期的效果,示波器上的波形是凌乱的干扰信号。我们断开了电源,用万用表一 级一级的排查,才发现一个地方的接头处铜线留得过长不小心接触到了另一结点。在 改过缺陷之后经过不断的调试,终于得到了清晰的波形。当改变信号源的频率,得到 与仿真结果相差不大的滤波效果。4.3 误差分析 元器件误差,由于计算得出的元件参数比较理想化,而实际中用的元件很难匹配所 有的参数,如为方便电路的调节,压控电压源电路中160KQ电阻用电位器代替,通过 电位器的调节
13、尽可能的接近需要的理想电阻值。至于电容,误差更大。 运放的性能。本次课程设计所用的运放UA7 4 1芯片,通用型运放,不可能达到 理想运放的虚短、虚断的条件。因此输出不可能达到理想值。 仪器误差。函数发生器大约有50Q内阻,示波器本身误差示数误差以及波形的抖动 造成的误差。 直流稳压电源的输出值并不完全等于理论值。这对放大倍数有所影响。设计结论心得本学期的模电课程,我们学到了大量的电路分析,各种电路的应用功能,但在实 际应用中却显得有点欠缺,而这次的课程设计,我们学会了比较电路在实际物体模块 制作过程中的使用方法,同时在资料的查阅中,也学会了其他电路的详细功能及使用, 对于自己的实际动手能力是
14、一个很大的提高。学到了很多,也让我发现了自己的很多 不足,特别是在实际电路的元件布局和电路参数的设定中,发现自己在很多方面都不 太了解,在以后的学习中又带提高。通过本次课程设计,作为一个小组,我们在个方面都互相促进,在电路板的焊 接方面更是团结合作。从元件的布局合理度,到焊接外观、电路板的复杂度的过程中 我们的默契越来越好。在焊接过程中,应该要遵循着做一部分完成一部分的检测方法,以免在完成电 路板焊接后检测突然发现电路板不能正常工作,以至于无法电路那一部分出现问题进 行修正,更进一步会导致整个电路的毁坏。所以在以后的电路实际制作过程中,要做 一部分检测一部分,着可获得很好的经验。本次的课程设计,对我们的实际动手能力 有一个很大的提高,因为培养了我们查
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