模拟电路课程设计报告完成

1、模拟电路课程设计报告设计课题：语音滤波器的设计专业班级：08 电信（本）学生：钟武峰学号：080802049指导教师：曾祥华设计时间：20010 年语音滤波器的设计一、设计任务与要求分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；抑制 50Hz工频干扰信号压控电压源的品质因素Q=1，无限增益多路反馈的品质因素Q=2，增益 AV 1；用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。二、方案设计与论证由设计要求可知，此次设计的主要目的是设计出能抑制50HZ 工频信号的滤波电路。即在输入端加入不同频率的语音信号后，在50HZ左右的信号将能受到抑制，而超出这个抑制

2、围的信号将能够通过，所以应选用带阻滤波器实现功能。其次，应分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法进行设计。其次用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的稳定的正负直流电源，联系课本，即可用桥式整流电路和电容滤波电路和稳压管稳压电路构成。一，电流源设计 ：要求输出12V1 电流源设计思路：1）电网供电电压交流220V(有效值 )50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。4）滤

3、波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。由设计要求可知，设计中的整流部分，应该也必须用桥式整流电路。2 直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成1.3.45电整滤稳网流波压电电电电压路路路2. 。电源变压器12345二，语音滤波器的设计方案一、将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路输出电压求和， 即得到带阻滤波器。 其中，低通滤波器的截止频率fp1 应小于高通滤波器的截止频率fp2 ，可设定 (fp2-fp1)=100HZ进行设计。

4、电路图如下图一，图二。R4U11kohmR1C2C1 1kohm2R10311kohm1uF1uFR2U3OPAMP_3T_VIRTUA LR9R31kohm1kohmR111kohm23R6R121kohm1V1OPAMP_3T_VIRTUA LR5U21kohm1kohmR131kohmC4C321kohm311V 1000Hz 0Deg1uFR8 1uFR7 OPAMP_3T_VIRTUA L1kohm1kohm图一（由压控电压源构成）R11kohmC11uFR8R2R3U11kohm1kohmC2 1kohm231uFU31kohm1R4R10OPAMP_3T_VIRTUA L1koh

5、m2R113V111V 1000Hz 0Deg1kohmOPAMP_3T_VIRTUA LC3R12R61kohmR131uF1kohmC5C4U2 1kohm21uF1uF3R511kohmOPAMP_3T_VIRTUA LR71kohm图二（由无限增益多路反馈构成）方案二：利用无源 LPF和 HPF并联构成无源带阻滤波电路， 然后接同相比例运算电路，从而得到带阻滤波电路。可利用典型的双T 带阻滤波器实现所要求功能。电路图如下图三，图四。R31kohmR1 1kohmU12R4R231kohm1kohm1C1OPAMP_3T_VIRTUAL1uFV11V 1000Hz 0Deg C2C31u

6、F1uFR51kohm图三（压控电压源带阻滤波电路）R4R11kohm1kohmC1470nFR51kohmU3R6C3U1R221kohm21kohm470nF3V131100mV 50Hz 0 DegR31OPAMP_3T_VIRTUA LOPAMP_ 3T_VIRTUA L1kohm图四（无限增益多路反馈带阻滤波器）与方案二比较， 方案一在原理上符合实验要求， 但不实用， 基本上得不到要求结果，并且所需元件数量过多， 降低了电路的可靠性和稳定性。 而且对于接下来的焊接过程加大了很多负担，加之参数计算繁多。方案一是比较实用和成熟的电路，所以我选用方案二三、单元电路设计与参数计算1.电源部分

7、要产生正负 12 伏的直流电源，则在市场上我们选购220/15v 的变压器用来降压。（1）整流电路2）工作原理1.当 u2>0 时，电流由 +流出，经D1、RL、D2 流入 -。2.当 u2<0 时，电流由 -流出，经D3、RL、D4 流入 +。3）输出电压平均值UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV)U O(AV)1t )220.9U 22U 2sin td (U 20uO24t4cos4t )2U 2(cos21534）脉动系数5）二极管的选择每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。 IO（AV）0.45U 2

8、ID（AV ）R L2二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压UR max2U2对于二极管最大整流平均电流IF 和最高反向工作电压UR 均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。IF1.1IO（AV）2U21.1RL2（2）滤波电路滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。1 输出电压平均值UOmaxUOmin2U2 (1TUO（AV ）)24RLC当负载开路时U O(AV)2U2当 RLC（ 35)T/2 时 U O（AV ）1.2U 23 稳压二极管稳压电路整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：·负载变化 ·电网

9、电压波动。（1）利用三端稳压来构成稳压电路输出电压较高，接一保护二极管D，以保护集成稳压器部的调整管。LM7812 和 LM7912 的输出电压分别了正负12 伏图中 C2 和 C3 是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小一般小于1 微法，我们可以取 C2=C3=0.1uf图中电容 C4 和 C5 是用于消除输出电压中高频噪声，可取小于1 微法的电容，也可以去几微法或几十uf 的电容，一边输出较大的脉冲电流，我们可以取C4=C5=1uf2，语音滤波器部分一，用压控源电路选电路图如图三所示，已 知 中 心 频 率f0=50Hz. 参 考 相 资 料 可 取C=470

10、00pF, 根 据f0=1/2RC=50Hz则R=1/(2× 50×47000×10-12)=67.7取标称值R=68,1/2R用两只68电阻并联，电容2C可用两只47000pF电容并联。由 Q=1/2(2-Aup)=1, 可得 Aup=1.5。由 Aup=1+Rf/R1=1.5, 则 Rf=0.5R1, 由运放同相与反相两输入端外接直流电阻平衡的要求，可知R1Rf=2×68=136可求得R1=408取 标 称 值 R1=390+18组 成 。 求 得 Rf=204, 去标称值Rf=180+24二，用无限增益多路反馈电路选电路如图四所示，由中心频率f0=

11、50Hz，可取 C=470nF即 0.47uF. 查图可得，对应参数K=5.查表可得，当 K=1时，电阻2,R4=4R1=6.368R1=0.796Q=1.592,R2=R1/( Q-1)=0.531,R3=1.0, R5=2.0，取增益 Av=2, 则 R6=2.将上述电阻值乘以参数K=5，即得R1=7.96，用电位器10进行调节；R2=2.655，用10K 电位器进行调节；R3=5K，同样用10K 电位器进行调节， R4=31.84，用50K 或100K 电位器进行调节；R5=10K,R6=10K,增益Av=R6/R3=2.以上集成运放均用uA741实现。四、总原理图及元器件清单1总原理图

12、R3R4180kohm24kohmR2U1R1R5 390kohm2R6 18kohm368kohm168kohmOPAMP_3T_VIRTUA LC2C1V147nF47nF1V 50Hz 0DegC3C447nF47nFR7R868kohm68kohm（压控电压源带阻滤波电路）R3R6C15kohm10kohm470nFR429.84kohmU1U2R1C2R527.46kohm210kohm470nF3V13100mV 50Hz 0 Deg11R2OPAMP_ 3T_VIRTUA L2.485kohmOPAMP_ 3T_VIRTUA L（ 无限增益多路反馈带阻滤波器）2元件清单元件序型号

13、主要参数数量备注号R1Passive68K4 个可换R2Passive390K1 个成 电R3Passive180K1 个位器R4Passive18K1 个R5Passive24K1 个R6Passive10K2 个R7Passive10K3 个电 位R8Passive100K1 个器C1Passive47000pF4 个C2Passive0.47uF2 个U1UA7413 个五、安装与调试（一般分静态调试与动态调试两大容）电流源部分根据设计的电路图，焊接电路板，首先对电流源电流的安装，接通电源后显示 LED灯均未亮，失败，检查电路是因为整流二极管的管脚判断错误， 将其整改后接通电源，测试 7

14、812 和 7912 输出得到 +12.06 V 和 12.08 V 的输出电压测试。语音滤波器部分一，静态调试由于在设计和制造集成运放时，除输入级两输入端无输入偏置电流通路外，已解决了部各晶体管的偏置问题。 因此在线性应用时， 只要按技术要求， 提供合适的电源电压，运放部各级工作点就是正常的。二，动态调试 .（1）调节信号发生器的幅值，保持不变，调节信号函数发生器的频率使之在阻带，观测输入，输出波形和输出电压增益，并记录通带时的增益，计算阻带增益，与设计值比对，若相距过大，可通过调节电位器，使之达到设要求（ 2）调试时，逐渐增大信号发生器的输出信号频率观测输出波形及幅值，幅值在增大至某一段时

15、下降，当幅值下降至0.707Uop 所对应的频率即为下限截止频率 fL., 继续增大输入信号频率，当幅值降至以最低点后将会逐渐上升，当再次上升至 0.707Uop 时，所对应的频率即为上限截止频率。（ 3）所设计滤波器的通带增益 Aup 必须小于 3，电路才能稳定工作，若 Aup=3，电路产生自激振荡，若电路产生自激振荡，可通过减小反馈电阻Rf 以消除自激振荡。六、性能测试与分析（要围绕设计要求中的各项指标进行）（无详细测试过程和数据处理、误差计算与分析，设计报告视为不合格）一直流电压源部分正确焊接电路板，正确连接号电路，用万用表和数字毫伏表可测得如下数据：1. 副边电压为 U1=16.6v,

16、U2=-16.8v2. 滤波后电压 U3=22.1v,U4=-22.1v3. 输出电压 Uo1=12.06v,Uo2=-12.08v4. 稳压电势差 U1=22.1 12.06=10.04V U2=22.112.08=10.02V二，语音滤波器部分将电路板的输入输出与信号发生器，示波器与数字毫伏表正确连接起来，由5Hz 开始连续调节信号发生器， 直至输出信号的幅值达到或接近设计要求Au=1.5为止，测得数据如下：一，压控电压源带阻滤波电路中Uo=20.0mvAu=1.55Hz10 Hz15 Hz20 Hz25 Hz29.60mv28.42 mv27.51 mv26.24 mv24.50 mv3

17、0 Hz35 Hz40 Hz45 Hz50 Hz21.44 mv17.12 mv12.00 mv6.08 mv3.45 mv55 Hz60 Hz70 Hz80 Hz100 Hz4.34 mv8.86 mv16.14 mv19.83 mv24.08 mv由上述数据，建立坐标，得到如下幅频特性图：二，无限增益多路反馈带阻滤波电路中， Uo=100mv,Aup=25Hz10 Hz20 Hz30 Hz40 Hz195.6mv189.9 mv183.5 mv164.3 mv87.5 mv50 Hz60 Hz70 Hz80 Hz90 Hz53.8 mv136.0 mv158.6 mv170.6 mv175

18、.8 mv100 Hz150 Hz200 Hz300 Hz400 Hz179.5 mv185.7 mv187.8 mv189.5 mv191.0 mv其中，当记得分别在 f=35Hz 和在 f=62Hz 左右时 Au=0.707Aup,即 Ui=138.3mv 时候由上述数据，同样可得到如下幅频特性图： 误差计算 一直流电压源部分ICQV11.副边电压为 U1=16.6v,U2=-16.8vP0mCCICQVCC2 222.滤波后电压 U3=22.1v,U4=-22.1v3.输出电压 Uo1=12.06v,Uo2=-12.08v4.稳压电势差 U1=22.1 12.06=10.04V U2=2

19、2.112.08=10.02V理论值为： U1=15V,U2=-15VU3=18V,U4=-18VUo1=12v,Uo2=-12v误差为副边电压误差1516.6× 100%=10.6%E1 =151516.8× 100=12E2 =15滤波电压误差22.118E3 =18×100%=22.7%E4 =22.11818×100=22.7 输出电压误差1212.06E5 =×100 =0.5 121212.08E6 =×100 =0.7 12二，语音滤波器部分压控电压源电路中，1，测得 Aup=29.6/20=1.48. 理论值应为 1.

20、5 。则可得相对误差=| 测得值 - 理论值 |/ 理论值 =1.33%2，测得 Q值， Q=1/2(2-Aup)=0.96,而理论值为 1.则可得相对误差=| 测得值 - 理论值 |/ 理论值 =4%无限增益多路反馈电路中1，测得 Aup=195.6/100=1.956, 理论值为 2.则可得相对误差=| 测得值 - 理论值 |/ 理论值 =2.2%2，测得当Au=0.707Uop 时，可取得上限截止频率fH=62Hz, 下限截止频率fl=35Hz.,即得BW=fH-fl=27Hz则可得 Q=fo/BW=1.85,而理论值为 2.则可得相对误差=| 测得值 - 理论值 |/ 理论值 =7.5

21、% 误差分析 1，参数计算过程中，人为因素，产生计算误差。2，在商店可购得的元器件，如电阻电容等，不可避免的产生一些系统误差，如精度过低等，会导致偏差。3，焊接过程中，实用不同电阻率的导线，也会产生不同的系统误差。4，所使用的电位器，再调节电阻时，也不可能完全调节到理论值，同样会产生部分误差。5，焊接电路正确，测试时连接正确时，因所处环境和设备条件等问题，会产生在特定条件下的系统误差。七、结论与心得通过这次课程设计，我们基本上掌握了初级设计的设计方法，学会了如何把所学的理论知识与实际运用相结合起来。在获得设计要求后，要首先把那些要求转换为自己所学的东西，比如此次课程设计就是运用关于带阻滤波器的

22、知识将设计能抑制50Hz 左右的频率的带阻滤波器。其次，在电路图的选用和参数计算上，应该自己去查阅相关资料，自学一部分参数计算方法。 买器件前， 应该先列好所要购买的原件清单，不要过分相信自己的记忆力； 并且应带好必要的测试工具，选好的器件后， 应对相关的器件如电阻等进行简单的测试， 看是否符合要求。 在经济条件允许的条件下，可尽量备份相应量的电位器。在焊接过程中，如要临时变换元件，不应急于焊接，应先冷静下来进行元件选用，如本次设计中关于压控电压源带阻滤波部分， 若因为没有 68K的电阻而换用电位器时，没必要用两个 100K的电位器调到 68K进行并联，直接用一个 100K 电位器调到 34K 即可。其次，要仔细分辨好二极管或电容的极性， 如我在本次电源焊接过程中就因为二极管的管脚判断错误， 导致电流源设计部分的整流部分二极管 PN 装反，电流源达不到预期的结果。还有，在焊接过程中，不应忽视保护电路部分，如保险丝和保护二极管等以后都应记得焊上。在调试和测试过程中，如果多次调节未能出现预期结果，则首先应检查的是不是焊接过程出现错误，比如少焊了根线，而不应该急于怀疑原理问题。参考文献1、电工电子实践指导 （第二版），王港元主编，