东华大学带通滤波器论文(共20页)

1、目录(ml)摘要(zhiyo)1第1章 设计(shj)任务和指标要求21.1设计任务21.2设计指标21.3设计要求 2第2章 总体方案32.1原理框图32.2简要原理3第3章 方案的设计43.1带通滤波器主体电路43.2带宽检测电路5第4章 Multisim仿真74.1Multisim仿真电路图74.2波形记录7第5章 组装与调试115.1组装过程115.2调试过程115.3问题及措施125.4数据记录13第6章 实验小结146.1电路改进146.2实验收获与体会14附录(fl)电路(dinl)总图15仪器元件(yunjin)列表16 参考文献17 摘要对于(duy)信号的频率具有选择性的电

2、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(pndi)为其命名，分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、和全通滤波器（APF）。设低频(dpn)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称为带通滤波器。允许通过的频段称为通带，将信号衰减到零的频段称为阻带。在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0、频带宽度BW、上限截止频率fH和下限截止频率fL。本实验中，利用模拟电子技术知识，

3、可采用集成运算放大器，根据设计指标确定上下限频率和中心频率，设计符合一定要求的带通滤波器。配合Multisim计算机软件定量仿真出滤波电路的波形和相位关系，再进行成品调试组装验证，得到基本符合设计指标的带通滤波器，并用线性检波电路和发光二级管比较显示电路显示频率。为简化调试过程，运放电源采用直流稳压电源。参考信号由函数信号发生器提供。 第1章 设计任务和指标(zhbio)要求1.1设计(shj)任务带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测(jin c)滤波电路的通带特性，设计一个检测电路，

4、通过发光二极管的亮灭检测电路的中心频率和带宽范围。1.2设计指标1、输入信号：有效值为 1V的电压信号；2、输出信号中心频率 f0 通过开关切换，分别为1kHz、5kHz和10kHz，误差10%；3、带通滤波器带宽 BW =(fH - fL)，在增益符合要求的情况下带宽尽可能窄； 4、用 LED 发光二极管显示上、下限截止频率。1.3设计要求根据电路性能指标要求设计完成电路原理图，计算元件参数，写出理论推导 过程，并分析各单元电路的工作原理； 利用 EWB 软件进行仿真调试，包括仿真电路、各个输出测量点波形记录及定 量标定，滤波电路的频率特性记录及定量标定；3、记录实验结果和调试心得，判断误差

5、原因，完成实验结果分析。总体方案2.1方案(fng n)框图带通滤波器的电路原理框图如下图所示，由两部分组成。一是主电路部分即带通滤波器点路，实现信号的滤波，由高通滤波器、低通滤波器、反馈通路组成；二是贷款检测电路，检测所设计的滤波器的频带宽度，验证(ynzhng)滤波器参数设计的准确性，由线性检波滤波电路和比较显示电路组成。2.2简要(jinyo)原理主体电路方案(fng n)的设计3.1带通滤波器主体(zht)电路 该电路通过三个集成运算放大器分别对输入信号一次实现高通、带通和低通，再将高通滤波输出波形和低通滤波输出波形反馈到最初(zuch)的集成运算放大器处。如下图，由于所要设计的带通滤

6、波器中心频率可调，因此，需对电路中的电阻进行合理选择。1、单元电路的设计 2、公式推算与参数的计算： 在R与2R已定情况下，根据“虚短”和“虚断”的原则，可得到一下方程组: 联立上述(shngsh)方程，可得计算可知上、下线截止频率的理论值以及(yj)所需的电阻和电容参数取值：C1=C2=0.01uF 1）当中心(zhngxn)频率f0=10kHz时，R1=R2=1.5k，上下限频率fH=17.07kHz、fL=2.93kHz 2）当中心频率f0=5kHz时，R1=R2=3k，上下限频率fH=8.535kHz、fL =1.465kHz3）当中心频率f0=1kHz时，R1=R2=15k，上下限频

7、率fH=1.707kHz、fL=293Hz4）当中心频率f0=500Hz时，R1=R2=33k，上下限频率fH=853.5Hz、fL=146.5Hz 3.2带宽检测电路带宽检测电路主要由检波电路和比较器（运算放大器实现）组成(z chn)。三角检波器的输出是全波，两个波形大小与三角形的电阻选择有关，经过滤波转换成直流电压，如下图所示，可变电阻器主要用于系数调节。带通滤波输出信号u2和外部输入(shr)信号ui分别经过两套相同的检波(jinb)电路后与得到的直流信号进行比较，并将比较结果用发光二极管的亮灭状态显示，如下图所示。当带通滤波器主电路输入信号的频率为带通滤波器的上、下限频率时，比较器的

8、两个输入信号大小相同，发光二极管处于亮灭之间；当信号频率处于上、下限频率之间时，发光二极管熄灭；反之，二极管点亮，通过上述检测过程，即可判断是否达到频率的上下限fH、fL，进而得出所设计带通滤波器的带宽BW=fH-fL。单元电路的设计 公式推算与参数的计算： 带宽BW=fH-fLMultisim仿真(fn zhn)4.1Multisim仿真(fn zhn)电路图4.2波形(b xn)记录1、主体(zht)电路：2、开关闭(gunb)和：3、开关(kigun)断开：信号(xnho)波形图1）2）组装(z zhun)与调试5.1组装(z zhun)过程 选择需要的元件，按照(nzho)Multis

9、im仿真电路在面包板上连接电路，安装过程中要特别仔细，注意导线不宜太长或者太短，不宜弯曲，注意高、低电平以及GND的连接方法，每完成一个部分的连接后检查电路是否可以正常工作，然后调试。5.2调试(dio sh)过程Ui连接函数(hnsh)信号发生器，信号发生器调至2Vpp的正弦信号，将 Ui、 U2接到示波器上面，改变电路中两个开关，调节函数发生器频率，观察(gunch)发光二极管的亮灭得出波形。5.3问题(wnt)及措施 在测试波形时发现两条波形的相位差太小，误差比较大，经过多次检查电路，发现多接了一个(y )二极管，接地有误，重新修改电路之后波形恢复正常，问题得到及时的解决。5.4数据(s

10、hj)记录R1/R21.5k3k15k33k理论值下限频率/fL2.93kHz1.465kHz293Hz146.5Hz中心频率/f010kHz5kHz1kHz500Hz上限频率/fH17.07kHz8.535kHz1.707kHz853.5Hz带宽/BW14.14kHz7.07kHz1.414kHz0.707kHz测量值下限频率/fL6.43kHz3.46kHz676Hz306.4Hz中心频率/f010.15kHz5.27kHz1.05kHz484Hz上限频率/fH15.88kHz8.37kHz1.65kHz745Hz带宽/BW9.45kHz4.91kHz0.974kHz0.4386kHz实验

11、(shyn)小结6.1电路(dinl)改进 电路连接的过程之中发现了很多可以改进的地方。接地、接高电平、接低电平、接电路、接仪器的导线应当有明显的颜色区别以便于之后对于电路的检查工作；电路还可以简化，可以先手绘化简过的电路图以提高(t go)电路连接的精确度；还要尽可能减小误差。6.2实验收获与体会 通过此次电路课程设计，我不仅再一次巩固了对Multisim这种电路模拟软件的使用，同时也体会到了软件带来的无限乐趣。虽然在设计过程中，我们做的只是(zhsh)在已有电路原理图基础上，按照自己的计算得出我们所需要的数据，并不是真正意义的设计，但不断的失败与尝试更让我明白了努力付出的价值所在。与此同时，在模拟电路的过程中，我学会了面包板的使用，懂得了布线的技巧，课程设计让我真正体会到课本知识与实际生活的联系，也明白了滤波器的原理。此次课程设计，着实让我成长了不少，收获颇多，为以后的实践打下了坚实的基础，在以后的学习中我会更加努力，竭力做的更好，更要学以致用！附录(fl)电路(dinl)总图仪器元件(yunjin)列表 器件名称型号数量集成运算放大器3534LED发光二极管 1二极管4开关2电阻33k2电阻15k2电阻3k2电阻1.5k2电阻20k4电