1、电子技术课程设计报告题 目： 二阶有源带阻滤波器 学生姓名： 刘笑 学生学号： 1314020120 年 级： 2013 级 专 业： 电子信息工程 班 级： （1）班 指导教师： 沈晓波 电子工程学院制2015 年 5 月目录引言 .1一、课程设计目的： .11.1 迎合现代电子技术发展的需要 .11.2 培养理论与实践相结合的能力 .1二、设计方案及基本知识： .22.1 设计任务 .22.2 技术指标 .22.3 电路工作原理 .22.4 方案选择 .32.5 电路设计、参数计算及元器件选择 .32.5.1 基本低通、高通滤波电路 .3图 232.5.2 高通滤波器： .32.6 参数计
2、算 .42.7 元器件选择 .42.8 主要仪器名称及型号 .4三、课程设计原理： .53.1 滤波器基本介绍： .53.2 数字滤波器的原理： .53.3 设计原理： .5四、课程设计内容与仿真： .74.1 实验步骤： .74.2 模拟电路图： .8五、课程设计总结及体会： .95.1 课程设计总结： .95.2 课程设计的体会： .10参考文献 .10淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 1二阶有源带阻滤波器学生：刘笑指导教师：沈晓波电子工程学院 电子信息工程专业引言有源带阻滤波器是采用通用运放 OP07CD 及其外围电阻电容网络实现的，通过电容电阻的谐
3、振作用来实现带阻作用，通过运放 OP07CD 实现放大信号的作用。通过改变电阻电容值可调节阻带中心频率和带宽。在使用 Multimism 仿真时结果较理想，在实际电路中由于电阻、电容本身数值的误差以及接触不良问题，实际结果误差较大，但符合实验要求。一、课程设计目的：1.1 迎合现代电子技术发展的需要随着微电子技术的迅速发展,通用数字信号处理芯片的性能不断提高 ,数字信号处理得到越来越广泛的应用,而数字滤波器是数字信号处理的一个重要应用方面 ,在通信系统、数字仪器仪表、语音、图像处理等方面都是必不可少的部分,所以数字滤波器的设计显得尤为重要。本次实验在软硬件常规实验的基础上，运用“信号与系统”的
4、理论知识，设计、分析、测试基本电路系统，初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。为学生创造应用实践的契机，培养学生的自学能力和钻研能力。1.2 培养理论与实践相结合的能力随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际 动手能力。 滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程
5、设计论文 2泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。二、设计方案及基本知识：2.1 设计任务采用通用运放 OP07CD 设计一个二阶有源带阻滤波器
6、电路。2.2 技术指标通带电压增益：.输入信号频率范围：中心频率：阻带宽度：.输入信号电压：电源电压：范围内可任选2.3 电路工作原理带阻滤波器即不允许某一频率带范围内的信号通过，而允许其余频率的信号通过的滤波器。将低通滤波器和高通滤波器并联起来，再加上一个求和电路，并使低通滤波器的截止频率H 低于高通滤波器的截止频率L，即可构成带阻滤波器。H 和 L 之间的频带即为带阻滤波器的阻带。原理图如下图所示：淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 3图 12.4 方案选择外围电路由电阻电容网络组成，由电阻电容的谐振实现带阻作用。通过 LM324芯片中的放大器实现增益作
7、用。通过选择恰当的电阻电容值，调整中心频率和带宽，便可以实现实验的要求。2.5 电路设计、参数计算及元器件选择2.5.1 基本低通、高通滤波电路低通滤波器：图 2 截止频率：f=1/2*R*C图 22.5.2 高通滤波器：截止频率：f=1/2*R*C图 3淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 4将两个基本电路并联即可得到带阻滤波电路。2.6 参数计算中心频率 fo =1/2*R*C带宽 f2 f1 = 2 (2Kf)增益 Kf = 1+RF/RfQ 点 Q = 1/2(2 - Kf)R1=R2=2R3=RC1=C2=C3/2R5=RF; R4=Rf2.7 元器
8、件选择由于题目中给出的带宽为 0.8KHz，代入公式可求得 Kf=1.8 1.6，即确定了RF=1.8Rf RF=0.6Rf ，选择较大的电阻值可使电路更稳定，因此取 RF 阻值为 8K。由中心频率为 2KHz，代入公式可得 R 与 C 的取值关系。由电路常识知道电容较小时电路运行能更稳定，所以选取较小的电容，取 C=1nF，代入 C 的值可得 R 的取值约为 39K ，取 R1 和 R2 为 78K。实际连接时发现不能精确实现 78K，考虑到实际连接电路时的方便，为减少元件个数，使用 51K、20K 、5.1K 电阻各一个串联成 76.1K 的电阻，近似实现 78K 的电阻，实际实验中发现对
9、结果影响不大，中心频率有稍许偏差，但符合指标。由此得到元件参数，并结合实际选择元件：1nF 电容两个，2.2nF 电容一个，78K 电阻两个， 39K 电阻一个， 8K 电阻一个，另外再加上 LM324N 芯片一块，导线若干，面包板一块。2.8 主要仪器名称及型号函数信号发生器：AS1634数字存储示波器：TDS-2002淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 5交流毫伏表：AS2173直流稳压电源：DF1731万用表、面包板、导线三、课程设计原理：3.1 滤波器基本介绍：滤波是最常用的一种信号处理技术，是抑制干扰的一种有效途径，一般用来衰减信号频谱中需要消除的
10、部分，增强有用的部分。简单的说就是，一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置便称为滤波器。3.2 数字滤波器的原理：数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。数字滤波的核心思想是突出有效波，抑制干扰波。根据有效波和干扰波的频谱特性差异进行滤波。一般是一个线性时不变系统,可以用下图所示的框图表示图 43.3 设计原理：带阻滤波器是让某一频率范围内的信号分量通过，而对该频率范围外的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。带阻滤波器理想幅频特性曲线如下图：淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专
11、业 2013 级课程设计论文 6图 5本实验进行有源带阻滤波器的设计与分析，原理图如下：图 6由教材中可知有源带通滤波器的传递函数为：G(s)= ， = =1 为带阻滤波电路的通带电压增益； Q=0.5则滤波器的增益为：|A( )|=1.0 （3-1）增益减小 3dB 时得 =1 上式变为：|A( )|=3.0 （3-2）特征角频率：=100000hz （3-3）截止频率为：则可根据上式仿真在时域中的冲击响应、阶跃响应，以及不同激励信号下的零淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 7状态响应。四、课程设计内容与仿真：4.1 实验步骤：1、选好元件后，按图连接电路
12、，尤其注意正负电源的连接，以免烧坏芯片。由于找不到 8K 的电阻，所以采用 5.1K 和 2K、1K 串联近似实现 8K 的电阻。2.2nF 电容也由两个 1nF 电容和两个 0.1nF 电容并联实现。2、将信号发生器连接电路的输入端，使示波器的两个输入端分别连接电路的输入端和输出端。3、调整信号发生器，使输出峰峰值为 80mV、频率为 5KHz 的正弦电压。4、观察示波器，看电路输出端是否为正弦信号，若不是，说明电路连接错误，检查电路至电路输出稳定的正弦波信号。5、改变输入信号频率，观察示波器的输出信号的变化特征，如果在 2KHz 附近有明显衰减，说明电路功能实现正确，若不是，则继续寻找错误
13、，修正电路，直至满足要求。6、将交流毫伏表连接到电路的输出端，测量输出信号的电压有效值，改变输入信号频率为 15KHz，观察并记录输出信号的有效值，最后由所记录数据得出电路的中心频率及其带宽。由数据得知，在实际电路中，由于电阻和电容的误差以及面包板的接触不稳定，中心频率略微偏移，达到了 2.05KHz 左右。带宽略大于要求带宽。1.6KHz 和 2.4KHz 处增益衰减均大于 3dB，两项指标均符合要求。淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 84.2 模拟电路图：图 74.3 仿真电路图：图 8淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计
14、论文 9图 9五、课程设计总结及体会：5.1 课程设计总结：本次综合性设计性试验当中，将模电与信号与系统的内容结合起来，自己设计了一个有源带阻滤波器，将理论与实践相结合，发现了自身里理论方面的不足，同时在实际试验的过程中，认识到了严谨实验的重要性，虽然本次实验中遇到较多困难，但却增长了知识，增强了实践能力。在课成设计的初期，首先对本次课设的题目进行仔细分析和阅读，弄懂设计任务及要求。接下来开始查找有关带通滤波器的资料，对带通滤波器的概念进行系统的了解，对其工作原理进行理论分析，对几种有源带通滤波器的设计方法进行分析、比较，最终选择出一种比较合理的方案，根据该方案的电路图选择元器件的参数，用仿真
15、软件 Multisim 进行仿真，经过仿真软件验证后，最后进行调试，调试过程中出现了一些。 从本次模拟带通滤波器的设计过程中，我学会对实际设计出的模拟带通滤波器的性能进 行分析，并理解了模拟滤波器的存在缺点，由于模拟滤波器的中心频率对电路元件(如电容，电阻) 的参数十分敏感，较难设计出合适的参数，而且电路元件的参数会随外界环境的干扰发生变化，这会导致中心频率的偏移，影响滤波结果的准确性。 在整个课程设计过程中，我学到了很多知识，动手能力得到了一定的提高，并掌淮南师范学院 电子工程学院 电子信息工程专业 2013 级课程设计论文 10握了带通滤波器的设计流程。在将来的电子电路学习课程中，我将更加
16、努力提高自己查找学习资料、分析问题及解决问题的能力，争取今后得到更好的提高。5.2 课程设计的体会：1、在实际电路中得到的波形有一些相位失真，这很可能是因为各元件之间接触不好，芯片功能不够稳定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，说明这个有源带阻滤波器的设计方案还有需要改进的地方，外围电路中的电阻电容值还不够好。2、我从此次实验中收获了很多，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。经过实际的动手，才发现原来还有很多不懂的地方，通过实验，锻炼了动手能力，也加深了对书中知识的理解，认识到理论与实际之间的差距，体会到了实际动手的重要性。参考文献1、华中科技大学电子技术课程组编. 康光华主编. 电子技术基础（
17、模拟部分）. 第 5 版. 高等教育出版社 . 北京. 2006 . 23-42 页2、傅丰林、陈建主编. 低频电子线路. 第 2 版. 高等教育出版社. 北京. 2003 . 69-78 页3、谢自美. 电子线路设计. 华中科技大学出版社. 上海. 2000 . 85-98 页4、徐君贤，朱平. 电工技术实训. 北京. 机械工业出版社. 2001 .96-123 页5、付家才.电子实验与实训. 北京. 高等教育出版社. 2004 .261-275 页6、王港元主编. 电工电子实践指导. 江西. 江西科学技术出版社. 2003 .135-146页7、朱国兴主编. 电子技能与训练. 北京. 高等教育出版社. 2000 .214-235 页指导教师评语成绩（60%）指导教师签字：年 月 日答辩过程及评价成绩（40%）答辩小组签字：年 月 日院综合意见
