1、电子系统设计实验报告姓 名 指导教师 专业班级 学 院 提交日期 2011年11月1日目 录第一章 设计题目11.1 设计任务11.2 设计要求1第二章 原理分析及参数计算12.1 总方案设计12.1.1 方案框图12.1.2 原理图设计12.2 单元电路的设计及参数计算22.2.1 二阶低通滤波器22.2.2 二阶高通滤波器32.3 元器件选择4第三章 电路的组装与调试53.1 MultiSim 电路图53.2 MultiSim 仿真分析53.1.1 四阶低通滤波器53.1.2 四阶高通滤波器53.1.3 总电路图63.3 实际测试结果6第四章 设计总结6附 录附录 元件清单附录 Prote
2、l 原理图 附录 PCB 图（正面）附录 PCB 图（反面）参 考 文 献- 1 -第一章 设计题目1.1 设计任务采用无限增益多重反馈滤波器，设计一四阶带通滤波器，通带增益 ，01A， ，设计方案如图1.1所示。1LfkHz2fkz图1.1 四阶带通滤波器方案图1.2 设计要求1.用Protel99 画出原理图，计算各元件参数，各元件参数选用标称值；2.用Mutisum 对电路进行仿真，给出幅频特性的仿真结果；3.在面包板上搭接实际电路，并测试滤波器的幅频特性；4.撰写设计报告。第二章 设计方案2.1 方案设计2.1.1 方案框图(如图 2.1.1)图 2.1.1 四阶带通滤波器总框图2.1
3、.2 原理图设计本原理图根据结构框图组成了 4 个二阶滤波器，上面两个分别为=2kHz，Q=0.541，A=1 的低通滤波器和 =2kHz，Q=1.306，A=1 的低通滤cf cf波器；下面两个分别为 =1kHz，Q=0.541，A=1 的高通滤波器和cf=1kHz，Q=1.306，A=1 的高通滤波器，其中 P1、P2、P3 作为接线座用来接cf线，原理图如图 2.1.2,具体参数计算见 2.2 节。Vi Vo二阶低通滤波器 二阶低通滤波器 二阶高通滤波器 二阶高通滤波器- 2 -图 2.1.2 四阶带通滤波器原理图2.2 单元电路的设计2.2.1 二阶低通滤波器二阶无限增益多重反馈低通滤
4、波器的电路结构如图 2.2.1 所示。该滤波器电路是有 , 低通级以及 , 积分器级组成，这两级电路表现出低通特性。通1RC3R2C过 的正反馈对 Q 进行控制。根据对电路的交流分析，求得传递函数 H(s)为213221312HsCRRC将上式与二阶低通滤波器传递函数 20cssQ比较得 图 2.2.1 二阶低通滤波器示意图123cCR201RH1223323CQRR直接采用这三个公式来计算 , , , , 的值是非常困难。为了简化运算步2C3骤，先给 确定一个合适的值，然后令 =n ，式中 n 是电容扩展比，A 为滤2 12波器直流增益幅度。可以从上述三个公式推得各电阻值的计算公式：- 3
5、-21+-41cQAnRC21RA321cRC取 ,上式可进一步简化为24()nA12cQA1321c令 ,可得到滤波器中各项参数的计算公式为02cRC124()A102R21RA3021RQA由此可见，只要确定 的值，其余的参数可随之确定。滤波器中各项参数的具体计算步骤是：a) 决定 的容量，再用 公式计算基准电阻 。选取 值为2C021cRfC0R2C3300pF,则基准电阻 。4.kb) 计算 的电容值， 。12124()76QApFc) 计算 的电阻值， 。R0.9Rkd) 计算 的电阻值， 。221e) 计算 的电阻值， 。3 301.4QAk由于需要取标称，这里取 1%精度的金属膜
6、电阻的标称值。这里 取 7750pF， 取 ， 取 ， 取1C1R2.k2.k3R同理可计算当 , 时各项参数.306QCpF,取标称值 。49.2Rk9k,取标称值 。5 .1,取标称值 。6.k46k,取标称值 。4028CpF7nF2.2.2 二阶高通滤波器 图 2.2.2 二阶高通滤波器示意图二阶无限增益多重反馈低通滤波器的电路结构如图 2.2.2 所示。利用相同的分析方法可得到各元件参数的计算公式，取基准电容 ，0.3CF- 4 -时，则基准电阻0.541Q。26.07cRfCk各元件的参数计算如下：。120.3F30.3CAF。取标称值 。2.97QAkk。取标称值 。108R7.
7、8则原理图中 ， ， 。73k.Rk560.3CF同理当 , 时，计算的各元件参数0.CF106Q。891，取标称值 。.23Rk.24k，取标称值 。10192.3 元器件选择电阻的选择 这里取 1%精度的金属膜电阻的标称值，见附录清单。电容的选择 根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。运放的选择 本电路选择了 TI 公司的八引脚的 TL082 双运放。TL082 是低成本、高速、双 JFET 输入运算放大器，使用于告诉积分电路、D/A 转换电路，采样保持电路以及低输入失调电压、低输入偏置失调电流、高输入阻抗等应用场合。其引脚功能：（见表 2.3）表 2.3 TL082 引脚功能
8、其引脚图如下：（见图 2.3）图 2.3 TL082 引脚图- 5 -第三章 电路的组装与调试3.1 MultiSim 电路图在 MultiSim 里画出电路图如图 3.1，分别测四阶低通滤波器和四阶高通滤波器输出端和总输出的幅频响应。图 3.1 四阶带通滤波器 仿真电路图3.2 MultiSim 仿真分析3.2.1 四阶低通滤波器通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率为 1.998kHz。如图 3.2.1图 3.2.1 四阶低通滤波器幅频响应3.2.2 四阶高通滤波器通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率为 993.639Hz。如图 3.2.2图 3.2.2 四阶高通滤波器幅频响应- 6 -
9、3.2.3 总电路图（见图 3.2.3）通过仿真在增益下降 3dB 时截止频率分别为 987.46Hz、1.994kHz。如图3.2.3(a)(b)图 3.2.3(a) 四阶带通滤波器幅频响应图 3.2.3(b) 四阶带通滤波器幅频响应3.3 实际测试结果测试是在面包板上搭好电路，示波器用的是 TDS1002 型号测试，输入信号是正弦信号， ，数据如表 3.3。2PVfi / kHz 0.10 0.20 0.40 0.60 0.80 0.90 0.10 1.10 1.20 1.40vo / V 0.04 0.05 0.08 0.25 0.64 0.92 1.22 1.42 1.58 1.73f
10、i / kHz 1.60 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.40 2.60 2.80 2.90vo / V 1.77 1.69 1.61 1.54 1.42 1.30 1.00 0.83 0.63 0.46表 3.3 有源带通滤波器实际测试结果数据分析：通过数据可以看出输出电压存在衰减，但输出信号大致和仿真时图形一致。存在的误差主要来于所使用的元件参数不是理论计算出来的值，同时也存在仪器误差，和人为误差。但都在误差允许范围内，所以本电路是可以使用的。第四章 设计总结本次课程设计由于是个人独立选定课题，所以在此过程的开始时基本上所有人都在自己独立思考，同时又由于设计所采用的仿
11、真软件 Multisim 和制板软件 DXP2004 在此之前基本不是很熟悉，因此本次课程设计的前期多半是在摸索中前进，当然付出中会有收获，本次课程设计让我弄懂了很多以前感觉模糊的东西，增加了我的自信心，同时也加强了自己的动手能力，当我看到由我自己设计的东西由想法变成实物时，我的心里充满了成功的喜悦感。附 录附录 元件清单电阻 个数 电容( 瓷片) 个数 电解电容 个数1.24K 1 3.3nF 2 6.8uF 23K 1 7.5nF 14.64K 1 33nF 67.87K 1 47nF 19.31K 2 0.1uF 211K 119.1K 1 2P 插线座 2 运放放大器 个数22.1K 2 3P 插线座 1 TL082 2附录 Protel 原理图附录 PCB 图（正面）附录 PCB 图（反面）参考文献1 贾立新、王涌 .电子系统设计与实践（第二版）.清华大学出版社，2011.2 赵景波、徐江伟 .电路设计与制版Protel 2004.人民邮电出版社，2009.3 康华光. 电子技术基础（模拟部分）第 5 版.高等教育出版社，2008.
