模电课程设计报告材料

1、模拟电路课程设计带通滤波器目录第一章方案选择第二章框内电路设计第三章总电路图（草图）第四章出现的问题及解决措施第五章收获与体会附：1.器件表2.总电路图3.参考资料第一章方案选择1.滤波器的简介对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路， 它的功能是使特定频率范 围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。通常，按照滤波电路的工作频带为 其命名，可分为低通滤波器（LPF），高通通滤波器（HPF，带阻滤波器（BEF, 全通通滤波器（APF。LPF的理想步页率特性HPFBO理想频率特性屮LBPFB EFBPF的理理歩页率特性BEF的理想频率将"性上图是四种理想滤波电路的频率特性。本课题设计要

2、研究的是带通滤波器， 设低频段的截止频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间 的信号能够通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路是带通滤波器， 常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信噪比。但是实际上，任何滤波器均不可能具备像上图所示的幅频特性，在通带和 阻带之间存在着过渡带，因此四种滤波器的实际幅频特性如下：2.带通滤波器的方案设计万案一i20lg| Au|I低通If220lg| Au|高通Ifl20lg| Au|阻通阻flf2f将一个低通滤波器和一个高通滤波器串联起来，即可组成一个带通滤波器，如上图。其中低通滤波器的通带截止频率为f2，高通滤波器的通带频

3、率为fl当输入信号通过低通滤波器时，f>f2的信号被滤掉；然后，再通过高通滤波器, f<f1的信号又被滤掉。最后，只有频率在 fl和f2之间的信号才能通过电路, 从而实现了“带通滤波”的要求。Ui （全通）万案一K1 y3 （低通）yi （高通）y2 （带通）K2全通信号UiUi经过低通信号y3的负反馈和带通信号y2的正反馈，得到高通信号yiy3yiyi经过低通滤波器后便得到带通信号y2, y2再经过一个低通滤波器可得到低通y3。这样，输出y2即为带通，便到达了设计目标 性价比分析方案一需要注意一个问题，组成带通滤波器时，低通滤波器的通带截止频率 f2必须大于高通滤波器的通带截止频

4、率 fi ,即两个滤波器的通带之间必须要有 一部分互相覆盖，覆盖部分的频带范围即为带通滤波器的通带宽度。否则，如果 f2fi，则任何频率的信号都无法通过电路，也就无法组成带通滤波器了。方案二其内在原理基本相同，一个全通信号先减去低通，然后减去高通，剩 下的就是带通。但方案二中引入了两个反馈，当频率接近通带截频率但小于时， 从输出端引回的反馈信号将增强输入信号的作用，因此，幅频特性在接近通带截止频率时将得到补偿而不会很快下降。 总的来说，方案二在通带截止频率的附近 得到较好的改善。而且加入带通信号的正反馈，使其滤波功能更加接近切比雪夫滤波器，其在过渡带衰减快，和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差

5、最小。总之，方案二比方案一更加完善，误差也更小，同时也考虑到实验器材的选 取条件，因此本课题设计采用方案二。3 设计要求(1) 输入是1V有效值的正弦波，输出带通波形。(2) 带通滤波中心频率可变，1KHz 5KHz 10KHz三种频率用开关切换(3)带宽BWf上一f下=f0第二章框内电路设计1低通滤波电路:积分运算电路具有低通特性，上图是反相输入一阶低通滤波电路。 现在分析 其电路特性：因为，通常，在分析运算电路时均设集成运放为理想运放， 因而其两个输入 端的净输入电压和净输入电流均为零， 即具有“虚短路”和“虚断路”两个特点。 所以，Up=Un=0经过电阻R和电容C的电流相等。Un - U

6、iRUo - Un1SCUo(s)电路传递函数而1sRCUo然后S用jw代入，得到：ui1jwRC上限截止频率fo12 RC2.绝对值电路Ui当输入Ui为正时，经过反相器反相，Uo' <0,而Un=0,因此二极管D1导通,D2不导通，Uo =-0.7V。Uo被两个10K的电阻分压，Uo = Ui ;当输入Ui为负2 Un _Ui Uo -Un时，经过反相器反相，Uo' >0,故D1不导通，D2导通，旦卫二竺凹，由20k10于虚地点，Un=0,所以Uo = - 5 o2综上所述，输入信号Ui经过绝对值电路后，输出Uo都为正值，且为输入的半，即 Uo = I1 oF面进

7、行EWB波形仿真，输入时1V有效值的正弦波，输出如下:U Oscilloscope' S3LI . U tl PI H s1 . 325 1 V6 6 1 .3403 nUT2VB2550.0743630.27653 1 3 909Sn snV nVT2-T155U.0748 ms -694 .8319 mV -347.4305 mVTime baseX position doo BMW BfA AfB |TriggerEdge_Level |q.00Channel A|505恤伽Y pusrtiijn I ODO也Channel BReverseSaveReduceReduceRev

8、erse第三章总电路图（草图）1.主体电路按照原理框图的设计思想，具体电路布置如上。第一个运算放大器是反馈端，后面两个运算放大器电路构成两个低通滤波电路。输入为Ui，y1，y2, y3分别为高通，带通，低通输出。所以y2是此次课题设计的带通滤波器的输出端。由于课题设计带通滤波器的输出中心频率可变（用开关切换），即有1KHzY25KHz 10KHz三种，因此反相一阶低通滤波电路的电容，电阻要适当取值。为保 证带通滤波电路的输出中心频率的稳定， 两个低通滤波电路的电容，电阻取值相 同。我们研究的是带通滤波电路，因此要得到电压放大倍数，即根据理想运算放大器的虚短，虚断特性可以得到:103103sCs

9、C% - y3io2010320 10310一3 20 1(0U _ y320 103Uiy3-y2nsCR y2y3 =y2sCRwCR 二中心频率f012 二 RCy2(s) 1U i(s)1 sCRsc；y2 _1然后用jw代替s:（1）中心频率Ui1 j(wCR - 為整理上式可得到电路传递函数:从式中可以看出，当虚部为0时，即电压放大倍数为1，得到1 wCR又w = 2二f，化简得根据中心频率公式fo12 RC,分别算出1KHz 5KHz 10KHz三种频率时的电阻值,12 f0C（这里我们电容C取0.1uf）1KHz时，R仁 1.59KJ5KHz时，R2=318110KHz时，R3

10、=159 1主体电路的电阻R用R1，R2, R3和开关结合代替（如下图）R1（2）通频带宽带通滤波器的通带宽度BW定义为电压放大倍数下降至中心频率电压放大倍 数的；所包含的频率范围。从式中可以看出，当虚部为1时，电压放大倍数刚好为此时,WCR-WCR联立方程解得f1 一 . '54 二 CR取绝对值，f上=LrI，f下=咒r!（3）综上所述，计算得到理论中心频率和带宽，同时实验结果也如下表:中心频率 f0（ KHzR(0)C(uf)f 上（Hz）f 下(Hz)带宽BW（khz理论值11.59K0.11.620.621.005：318:：8.103.095.011015916.206.2

11、010.00实验值1.0481.59K1.710.661.054.83188.152.95.259.5215916.795.810.99下面以1K为例，进行EWB波形仿真，分别演示中心频率，上下限频率时的 输入输出波形。a 中心频率f0=1Kb.下限频率f下=0.62K亘二1 Osci1! Io-5co|3ke-* SI! |c.上限频率f上=1.62KT10.0 0 0 0S765.1214 mV-1 SB , g 636 nVT2 函 VB21.1 _ 513 1 ms151.9729 mV -1.14S9 UT2-TIXMi-WdW-VB111 .5131 rs -613.1485 rV

12、 -9 90 B 0 2 52 nV2X posHionTim* frtftLevelOOQ自E3ABE"CtMNHl AY postkxi |0M D DCOwnii B1 yowR«!¥«r»Sa*e 2.带宽测量电路输入1V有效值的正弦波Ui，经过绝对值电路，并通过有极性电容和滑动变 阻器整合，使其输出Ui在0.7V左右。如下面额波形仿真图。_/ Oscilloscope: E3. - - . . - - . . . - . .JjJ JjTtsT2565.7691m s-T2-T156S.7S91h sWki-S20.3S73厲U-1.

13、3S4SU鯛-删-533.9959h U541 . 08019ft U731.4074m y190 4 055mU:TnggefEdgeo屯charuhl 岀| 1帕8用S目师创BReduceX posrtiorib.-fLeveln.o6Y position poa¥ position 100Reverse1旺A B ErtJo Hlac o mWave然后通过调节滑动变阻器，使 Ui'输出为0.5V。同理，带通信号y2经过绝 对值电路，输出y2'。Ui'和y2 '作为电压比较器的两个输入，Ui'输入负相 端，y2'输入正相端，电压比

14、较器的输出端接一个发光二极管。当带通信号y2在通带以内时，y2的有效值大于0.7V，经过绝对值电路后大于0.5V，此时 y2' >Ui'，发光二极管通电。当频率在上下限时，带通信号y2的有效值在0.7V 左右，经过绝对值电路后在0.5V左右。此时电压比较器的输出在正电压和负电 压之间波动，发光二极管闪烁。当频率小于下限或大于上限时，发光二极管熄灭。 这样，此检测电路起到了检测带宽的作用。第四章出现的问题及解决措施1.基础知识性问题在进行课题设计时发现我们需要用到大量以前的知识， 主要是模电这一块的 滤波器及运算放大器，同时在推导计算时也用到了信号课的幅频特性的计算。然后我

15、发现对滤波器这一块的知识明显掌握不足。 例如，模拟电路的反馈分析，滤 波电路的具体分析。在通过复习模电课本，和同学讨论以及向老师请教的过程中解决了一系列的 基础知识性问题。2.器件选择的问题在我自己设计的电路图中，要用到 3uf的大电容（有极性电容），但是实验 室里没有，只能取10uf的。由于这一器件不会影响波形的输出，故没有多大问 题。还有要对中心频率可调必定要用到三个电阻1.59K"，318门和1591，前两者咋实验室还可以找到，但1591的电阻没有。后来我采取了用两个 320 '的 电阻进行并联，即可得到161，基本符合电路的要求。在电路完成后，为了尽 可能的使误差减小

16、，我对每个电阻进行测量，尽量挑选精确一点的电阻，以保证 整个电路的精确性。当主体电路测试完成后，我把检测电路接入时，发现输出波形变成了一条直 线。当时估计是检波电路那里短路了， 在用眼睛初步检查没问题后，又用万用表 对可能存在隐患的电路逐个测量。 检查确认无误后，无意间测量电阻时发现一个 10K1的电阻用错了，一测只有300多，应该是在接入面包板时拿错了。即时更 替后，输出波形也终于出来了。3其他问题主要是波形调不出来，要么没有，要么严重失真。经过仔细检测，大多是由 于线路接触不好引起的，这就要我么连线的时候就要仔细，要不然检查的时候会 很辛苦。还有就是对示波器的功能认识不够，很多功能键不懂得

17、使用，在反反复 复的操作过程中，都已得到了解决。第五章收获与体会本次课程设计至此已接近尾声，虽然总的时间不是很长，但是整个设计过程 中我收获颇丰。首先是实际性的收获。由于整个设计过程中用到了很多以前电路实验， 数字 电路和模拟电路实验的实验装置， 特别是示波器和交流毫伏表。本来我对示波器 虽然有一定的了解，但是出现一些问题时不会调节，这次我又好好的用学习和实 践了一回，充分的了解以前我不知道和迷迷糊糊的知识。 不仅自己操作游刃有余， 我还可以教其他同学，帮他们调出稳定的波形以及怎样去读数。 同时，我也学会 看从波形的一样中开出电路中的问题， 如若相位不对，应该是电容的问题；出现 失真抖动时电路本身产生的自激振荡。然后是无形的收获。整个设计过程让我对模拟电路这门课程尤其是滤波器有 了更深的了解。在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路的了解及运用 能力，对课本及以前的知识有了一个更好的总结和理解。以前的模电实验只是针对一个小的功能设计，二此次课程设计对我们的总体电路的设计要求更严格，需 要通过翻阅以前学过的知识确立实验总体的设计方案，然后逐步细化各模块的设 计。另外，通过此次课程设计，我对 EWB软件有了更加深刻的了解。通过这次课程设计让我明白了理论和实际操作之间的差距， 而且也让我明确 地意识到自己的经验和能力的不足之处， 应该好好弥补下，多以后的工作也有很 好的帮助。器件