二阶有源低通滤波器

2014级《模拟电子技术》课程设计说明书二阶有源低通滤波器院、部：电气与信息工程学生姓名：某某学号：**********指导教师：*****职称*****专业：******班级：**************完成时间：****************课程设计评定意见指导老师评阅意见 指导老师签字：指导老师评定成绩教研室意见教研室主任签字：《 模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程指导教师学生姓名课题名称二阶有源低通滤波电路内容及任务一、设计任务设计一种二阶RC有源低通滤波器电路,截止频率100HZ，通带内增益2~3倍。二、设计内容1、电路设计方案比较；2、电路参数分析计算和选择；

3、单元电路设计并进行分析；4、实物制作；5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）；6、撰写设计报告。拟达到的要求或技术指标基本要求与指标1、电路截止频率100HZ；2、通带内增益2~3倍；二、扩展要求与指标1、幅频特性、相频特性曲线尽可能接近理想化；2、能采用另一种方案设计RC有源低通滤波器。进度安排起止日期工作内容2016.6.10-6.13下达任务书，针对选题任务书，收集资料2016.6.14-6.15针对课题任务，进行电路设计2016.6.16-6.17对设计的电路进行仿真2016.6.18-6.20进行电路制作与调试2016.6.21进行说明书书写2016.6.22实物答辩主要参考资料［1］康华光.电子技术基础模拟部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.电工电子实践指导[M].江西：江西科学技术出版社，2000.213～236［3］彭介华.电子技术试验与课程设计[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版)[M].武汉：华中科技大学出版社.2002.70～157［5］邱光源.电路[M].第5版.北京:高等教育出版社,2002.125～204［6］曹才开，张丹，罗雪莲，等.电路与电子技术实验[M].湖南：中南大学出版社，2009.156～158，141～146，287～293［7］熊幸明，曹才开，王新辉.电工电子实训教程[M].北京：清华大学出版社，2007.34～41,283～300［8］刘铭，陈世利.电子线路综合设计与实践［M］.北京：机械工业出版社，2014.59～63指导教师意见签名：年月日教研室意见签名：年月日 《 模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程指导教师学生姓名课题名称直流稳压电源内容及任务一、设计任务设计一个直流稳压电源，当输入为有效值220V的交流电压时，能产生±12V、±9V、±5V三组直流电压输出。二、设计内容1、电路设计方案比较；2、电路参数分析计算和选择；

3、单元电路设计并进行分析；4、实物制作；5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）；6、撰写设计报告。拟达到的要求或技术指标一、设计要求及技术指标1、要求输入电压为有效值220V、50Hz的市电交流电压，电源输出电压为±12V、±9V、±5V。2、最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。二、扩展要求与指标1、能显示电源输出电压值，00.0-12.0V；2、要求有短路过载保护。 进度安排起止日期工作内容2016.6.10-6.13下达任务书，针对选题任务书，收集资料2016.6.14-6.15针对课题任务，进行电路设计2016.6.16-6.17对设计的电路进行仿真2016.6.18-6.20进行电路制作与调试2016.6.21进行说明书书写2016.6.22实物答辩主要参考资料［1］康华光.电子技术基础模拟部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.电工电子实践指导[M].江西：江西科学技术出版社，2000.213～236［3］彭介华.电子技术试验与课程设计[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版)[M].武汉：华中科技大学出版社.2002.70～157［5］邱光源.电路[M].第5版.北京:高等教育出版社,2002.125～204［6］曹才开，张丹，罗雪莲，等.电路与电子技术实验[M].湖南：中南大学出版社，2009.156～158，141～146，287～293［7］熊幸明，曹才开，王新辉.电工电子实训教程[M].北京：清华大学出版社，2007.34～41,283～300［8］刘铭，陈世利.电子线路综合设计与实践［M］.北京：机械工业出版社，2014.59～63指导教师意见签名：年月日教研室意见签名：年月日 摘要滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。分析了二阶有源低通滤波器的设计要求，确定了设计方案，计算了所需元器件参数。利用Multisim建立了二阶有源低通滤波器仿真模型，并进行了仿真测试。利用AD软件绘制了PCB图，用热转印设备进行了PCB板打印，完成电路板的制作，并对电路板进行了调试和测试。最后综合分析仿真结果与实测结果，达到了设计要求。关键词：低通滤波器；截止频率；UA741 目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 II（f=60Hz）图6显示出，当输入信号频率是f=60Hz，输入电压Vi=-324.285mV，输出电压Vo=-699.215mV，Vi和Vo是正相的。所以增益：（6）图7二阶有源低通滤波仿真波形图Ⅲ（f=90Hz）图7显示出，当输入信号频率是f=90Hz，输入电压Vi=-293.112mV，输出电压Vo=805.417mV，Vi和Vo是反相的。所以增益：（7）以上三组数据分析出，电压增益与设计方案的理论值2.5倍。虽然有一定的差距，但是在误差允许范围内，所以符合设计要求。图8二阶有源低通滤电路波特图图9二阶有源低通滤波仿真截止频率（f=160Hz）图8、图9显示出截止频率与理论值100Hz有着一定的差距，仿真结果大概在160Hz左右，这可能是由于电阻和电容的位置存在偏差及兼顾通道内电压放大倍数引起的，也可能是Multisim软件自身造成的误差。4直流稳压电源的设计与仿真4.1直流稳压电源的工作原理及Multisim仿真电路图稳压电源电路主要由变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路等电路以及模块构成。首先用电源变压器将电网电压降低，获得所需要的电压，然后整流变成单项直流电，然后再滤除交流成分，最后经过稳压供给负载电路。图10直流稳压电源电路图4.2直流稳压电源的器件选择4.2.1变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯、。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器。设计中采用型号为E148*24的双12V变压器，变比为18：1。4.2.2整流桥整流桥就是将整流管封在一个壳内了。分全桥和半桥。全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起。半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起，用两个半桥可组成一个桥式整流电路，一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路，选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。由输出电流，选择整流桥。这里选择DB101型号。4.2.3三端稳压管用LM7812、LM7912、LM7809、LM7909、LM7805、LM7905三端稳压管来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。4.3直流稳压电源仿真4.3.1变压部分变压后，波形为正弦波，电压下降到变压器规定的电压,其波形如图11所示。图11稳压电源变压仿真图由图11可以看出变压后，变压器变压为15.491v。4.3,2整流部分电路整流后，由双向脉动的正弦波变为单向脉动的正弦波,其波形如图12所示。图12电路整流仿真图由图12可以看出整流后，由双向脉动的正弦波变为单向脉动的正弦波。4.3.3滤波部分滤波是将单向脉动的正弦波变为纹波。其波形如图13所示。图13滤波部分仿真图由图13可以看出滤波后，由单向脉动的正弦波变成纹波。4.3.4稳压部分稳压是将纹波进一步变为没有脉动的波形，作为输出，以达到设计要求。其波形如图14所示。14图14稳压部分仿真图由图14可以看出稳压后，由纹波变为稳定的直线，输出平均值为9.433V，满足设计要求。5电路制作与测试5.1PCB制版确认仿真数据正确后，就开始使用AD软件进行PCB图的绘制。启动PCB制版软件后，先新建元件及做好封装。其次，画出原理图，导入到PCB中进行排版布线。PCD图制作完成后，便开始制作PCD电路板利用激光打印机先将图形打印到热转印纸上，再通过热转印机将图形“转印”到敷铜板上，形成有墨粉组成的抗腐蚀图形，再经腐蚀液腐蚀后即可获得所需印制板图形，这整个过程叫热转印法。其中，热印纸是具有耐高温（180.5℃）不黏连特性的转印媒介，热转印机是实现“热转印”的设备。经过激光打印机将PCB图形打印到热转印纸，再将热转印纸固定到敷铜板上，接下来再使用蚀铜液(腐蚀铜的化学药品)对基板进行蚀刻后，再清洗，覆铜基板上弯弯绕绕的铜线，就是用来实现电信号的传递的，把不用的铜箔蚀掉，留下墨粉组成的抗腐蚀图形，留在基板上弯弯绕绕的铜线，就是用来实现电信号的传递的，线路图就这么在基板上呈现出来，铜线电路完成之后便是安装元器件，最后是焊接。将所需的元件在板子上焊好，即可调试和测试了。（PCB图见附录A）5.2电路的焊接在组装电路时，先对电路板进行检查，看有无裂痕，连接导线是否开路等，在插放元件的时候，最好对每个元件进行检测。原件有可能存在一定的误差。在焊接是要注意元件引脚的正确摆放，特别是一些有级性的元件，防止插错了有可能对电路造成短路，在焊接元件时也要注意，特别是对一些精密度高的元件应注意电烙铁的温度，最好不要在风扇下面进行操作，以免风扇影响烙铁的温度，同时要注意焊接技术，不要出现尖角，剪出引脚的时候，引脚不要留的太长，避免不必要的干扰。5.3直流稳压电源的调试经调试，测得输出分别为-12.23V，11.89V，-9.09V，8.89V，-5.06V，4.98V符合设计要求指标，完成设计。5.4二阶有源低通滤波器的调试5.4.1调试过程将UA741芯片4脚，7脚所连接的插针分别-12，+12直流供电，输入端插针连接信号发生器，输出端插针连接示波器。信号发生器选择波形为正弦波，输入电压为300mV保持不变,调节信号频率从30Hz逐渐调到2000Hz，从中抽取13组不同频率的信号，观察示波器中输出电压及频率的的变化。5.4.2调试数据记录及分析当输入电压时，把信号频率从0Hz逐渐调到2000Hz，从中抽取13组不同频率的信号，记录入表2中。表2二阶有源低通滤波电路测试值示波器信号频率（f/Hz）输入信号频率（f/Hz）输入信号幅值（Ui/mV）输出信号频率（f/Hz）输出信号幅值（Ui/mV）增益Av3029.9630829.798002.5975050.0130849.958722.8317070.0330669.839122.9809090.0030689.979683.163100104.993021059203.046130129.99302120.27922.623150149.99302150.46042.0180179.9304180.34161.368300300.02300299.991400.467900900.930490115.60.0511000999.0304100013.60.04512001119.83041119100.03320002000.230019690.590.002由表2中的数据可见，通带增益约为3.163左右，当通带增益下降3dB时频率为150Hz，当频率增大为900Hz时，增益为0.051。由表3数据可算出：（8）由式（8）可知当fH>150Hz,幅频增益以35.851dB/十倍频程下降。这说明当输入频率小于150Hz通带增益衰减不大；当输入频率超过150Hz时通带增益出现了明显衰减，实现了低通的作用。同时可以看出输入和输出的频率几乎相同，这说明滤波器不会改变输入信号的频率。在规定的误差范围内，以上的数据都符合设计要求。5.4.3误差分析（1）电子元器件的自身误差，不是十分精确。（2）在焊接电路板的过程中，焊点之间会有相互影响。（3）参数设计不合理，使得功能不能更好的体现。（4）集成块不是十分理想的集成块，在使用是会有一定的影响。（5）调试仪器的精度不够，无法精确的检验结果。（6）信号发生器的输出信号不够稳定。结束语这次课程设计让我重新温习了一遍书本知识，让我弄懂的很多以前不太明白的知识。同时，课程设计也培养了我的动手能力，这将为我以后工作打下良好的基础。通过这次课程设计，使我更为深刻地认识到理论与实践相结合的重要性。明白理论知识需要与实践结合起来，从理论中得出结论，从实践中得出经验，进而提高自己的实际动手能力和思考问题的能力。在实践中，虽然我们遇到了一个个的问题，但是我们都努力的去解决。这样我更加明确了团队合作是多么的重要。在以后的学习和工作中，我会更加认真的去学习和做好与队友的合作。总之，通过完成这一次课程设计，我提高了我的动手动脑能力，也吸取了很多的教训相信这会为我以后的学习和工作打下良好的基础。参考文献［1］康华光.电子技术基础模拟部分[M].（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.23～34,412～423,485～516［2］王港元.电工电子实践指导[M].江西：江西科学技术出版社，2000.213～236［3］彭介华.电子技术试验与课程设计[M].北京：高等教育出版社，2003.15～24［4］谢自美.电子线路设计·