二阶带通滤波器的设计

1、 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：控制温度【基本要求】：1）中心频率f。=1KHz；2)增益；）品质因素；【主要参考元器】：芯片，f电容，电阻160K，24K，12K，47KIII、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

2、，电路调试，撰写报告 、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，2005.73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徐国华. 电子技能实训教程. 北京: 北京航空航天大学出版社，20065谢自美. 电子线路设计. 第三版. 武汉: 华中科技大学出版社，20066 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 2康华光模拟电子技术基础武汉：高等教育出版社，2005.73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，2008.24毕满清，电子

3、技术实验与课程设计，机械工业出版社。5谢自美. 电子线路设计. 第三版. 武汉: 华中科技大学出版社，20066 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

4、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）,Bu

5、tterworth（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.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

6、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，

7、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

8、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。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路（RLC circuit）。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。

9、 （4） 进行电路的装接、调试，直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。然而，随着滚降范围越

10、来越小，通带就变得不再平坦开始出现“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。或f。； 带宽BW=h-l或f= fh- fl,其中h称为上截止角频率，l称为下截止角频率。 品质因数Q=。/BW 或Q= f。/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=10较好。v是。处的电压增益。 实现二阶带通滤波器的电路也有压控电压源电路和无限增益多路反馈电路。如果要求带宽BW的范围很宽，可采用一级二阶高通滤波器与一级二阶低通滤波器相级联，但其阻带的衰减率为

11、-40db/10倍频程，滤波器的带宽由两个滤波器的截止频率所决定。2.2设计方案：2.2.1压控电压源电路原理图 2.2.2 参数设计查表可知幅频曲线的f。=1KHz时取.f，对应参数。查设计表时，得到A v=2、K=1时的电阻值为：R1=15.915K R2=2.332K R3=1.166K R4=R5=4.664K将上述电阻乘以参数K=10，并取标称值，得R1=160K R2=24K R3=12K R4=R5=47K附表：电路元件值（Q=10）增益1246810R131.83115.9157.9585.3053.9793.183R22.2512.3322.5022.6842.8763.07

12、8R31.1671.1661.1601.1481.1311.110R4、R54.5024.6645.0045.3685.7525.156电阻为参数K=1时的值， 单位为K 2.3.1 无限增益多路反馈电路原理图 调节R3可调节增益Av，但不影响。调节R3将影响BW（或Q）。同相端和地之间接一个等于R3的电阻，使电流减到最小。2.3.2参数设计1.先确定电容的值，取电容为0.01f。2.根据公式K= 100 /(fc *C1) 计算出电阻换标系数K=1， 其中fc为截止频率，单位为Hz；C1的单位为F。3.据下表查出C1和K时的电阻值。4.再取这些电阻靠标称的实际值。得到：R1=80K、R2=0

13、.8K、R3=320K。电路元件值（Q=10）增益1246810R115.9157.9583.9792.6531.9891.592R20.0800.0800.0810.0820.0830.084R331.83131.83131.83131.83131.83131.831第三章 二阶带通滤波器的实际仿真与测试压控电压源电路仿真图由仿真图得知，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。无限增益多路反馈仿真图 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

14、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、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

15、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160K电阻用电位器代替，通过电位器的调节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50内阻，示波器本身误差示数误差以及波形的抖动造成

16、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

17、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，因为培养了我们查阅资料的能力，对以后的各种工作是有很大的帮助的。参考文献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，2005.73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徐国华