低频电路课程设计报告

二阶低通滤波器一、题目的要求和意义1.要求：设计一个二阶低通滤波器，电源电压±5V，滤波器的截止频率Hf≤100HZ；通带电压增益Au≥1。2.工作：查阅资料，独立完成电路分析和设计。确定设计方案，选择电路器件、计算电路参数使用面包板搭建电路，完成电路调试和指标的测试。3.功能：从接收的信号中消除或减弱干扰噪声,就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性,消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波,滤波器就是实现滤波功能的系统。二阶低通滤波器则是将上定频率以上的信号进行减弱或消除，而对低于一定频率的信号增强的作用。4.意义：通过对二阶低通滤波器的设计，使得我们主动去了解并掌握滤波器这方面的知识，而不是为学习而学习，而是为运用而学习，从而激发学习的兴趣，而设计的过程又让我们充分地发挥个人的想象力和思考问题的能力。完成后会使我们体会到解决问题的乐趣。利用面包板连接电路并完成其测试，充分锻炼个人的动手能力，虽然多次试验失败，但并不能使我们放弃，而是细心地检查线路是否连接正确，进一步分析电路设计是否合理，或者考虑另一个更科学的设计方案，并大量查找资料和通过自己所掌握的知识去认证方案的可行性，虽然花费了不少时间，但在这些时间里，已经不知不觉地学到了知识，所以我并不觉得做课程设计是浪费时间的，相反我觉得做课程设计比去上课更容易掌握到有用的知识。二、方案的论证和设计1.概述：有源滤波器,一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。2.工作原理：二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路,也是高阶虑波器的基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。它由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞Hf时（Hf为截止频率），电路的每级RC电路的相移趋于-90º，两级RC电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c引到集成运放同相端的反馈是负反低频电路课程设计报告2馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。3.方案比较方案1电路图：方案2：电路图：低频电路课程设计报告3以上的两种方案是根据二阶低通滤波器的工作原理去设计的，在理论上，两种方案均可以实验其功能，并达到设计的要求。方案1中有三个电容，其中C3的作用是为了过滤输入信号中的直流分量，电阻R3及R4作用是在输入处提出一定量的正电压，主要原因是电阻容量比较大，只能使用电解电容，而电解电容有正负两极，提供这个正电压是为了保证电解电容的正常工作。而方案是采用最简单的连接方法一个放大电路，两个滤波电路，以达到其要求。但实际操作中，方案2不及方案1那样稳定并且容易操作，故本资次试验采用方案1.三、4.具体电路的设计和参数的计算：选用的元件：名称：编号数值数量集成运算放大器LM324----1电阻R1_R31kΩ3电阻R4_R610kΩ3电解电容C1,C24.7μF2电解电容C3220μF1面包板----------------1具体电路按照方案1所示的电路去连接。低频电路课程设计报告4对于上图所示的二阶低通滤波器，其传递函数为222)()()(nnnoiossGsUsUsG式中，零频增益：RRGfo1自然角频率为：21211CCRRnnjs阻尼系数为：221112211122)1(CRCRGCRCRCRCRo为了简化计算，通常选CCC21,RRR21,则有RCn1,oG3等效品质因数为:vFGQ31采用频率归一化的方法，则上述二阶低通滤波器的传递函数为：低频电路课程设计报告51)(2ssGsGm四、电路性能测试与结果分析：下表为本次测试的结果输入频率f（Hz）5791113151719212325272931输出电压uo（mV）576668752792840872880896880864856824784768输入频率f（Hz）3335373941434547495153555759输出电压uo（mV）704682640592560512448432384352336304280206本次测试输入的电压峰峰值VPP=452mv截止频率:ZHHRCf3.3410*7.4*10*14.3*212163在测试中，输入频率f=34.3HZ时，输出电压uo=640mv，所以得通带频率51.1452682iOVFUUG等效品质因数671.051.11131vFGQ通带最大增益：98.1452896immUUG此时的输入频率:f=19HZ所民得到的幅频特性曲线如下：低频电路课程设计报告6幅频特性曲线0.000.501.001.502.002.500.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80f/fHuo/ui系列1上图为二阶低通滤波器的幅频特性曲线，克服了一阶低通滤波器阻带衰减太慢的缺点。实现了实验的目的，满足了实验的要求。五、调试过程遇到的问题与解决的方法：本测试中，遇到以下几种问题：1）输出电压为直流电压，2）输出电压小于输入电压，且在调节输入频率时，输出电压没有明显变化，3）输出电压不是完整的正弦曲线。当输出电压为直流电压时，最可能是电路连接不正确或时输入装置使用不正确或有故障，应该对输入装置或电路板进行检查，再不行，就换到另外的仪器进行实验。当出现2）的情况最可能时，线路接触不良，或元件损坏，应该对接口进行检查，是不断路或短路，再不行，则换个一些重要元件。当出到3），主要原因是电路载量过大，而出现失真现象，把输入电压调低则可以解决这个问题。六、课程设计体会（四号宋字，粗体）二阶低通滤波器设计的课题不算困难，电路和操作也是比较简单的，但在实际测试中，则遇到种种问题则令人绞尽脑汁，也无法想得出来，第一次在实验室里做测试时，输出的电压只是一条直线，其他的现象全无，一连换了几台仪器，依然得不到新的发展，也不曾清楚到底得到什么现象才算正解，无奈之下，只能回到宿舍上网，在网查找关于这方面的知识，但也不全面，又跑到图书馆借书，埋头苦读了两天，才知道最终要得到什么样的结果。第二次到实验室测试时，最于可以输出一条正弦曲线，但在调节输入频率时，输出电压完全没有变化，而且增益也小于，之后又对线路进行多次调整，并且换了几台仪器测试，最于得到了一条随着输入频率而变化的正弦信号，而且通带增益大多1，正在激动之时，示波器跳动了一下，再对改变输入频率，输入信号竟然不再变化，增益只有0.5左右，我想低频电路课程设计报告7必定是电路接触不良，但对电路接口多次加固，依然没有，真想不到真理竟如蜃中楼阁，一闪即逝，还来不及兴奋。最后还是败兴而归。第三次才能获得成功，在多次失败后的成功总使人异常兴奋。在从事设计时，总让人体会到其中的悲与喜。七、参考文献丁士圻【M】模拟滤波器哈尔滨工程大学出版社，2004，3低频电路课程设计报告8说明一、报告应包括下列主要内容：1．概述所作题目的要求和意义、本人所做的工作及系统的主要功能；2．方案的论证和设计（有两个以上的方案进行分析比较）(重点内容)3．具体电路的设计和参数的计算；(重点内容)4．电路性能测试与结果分析(重点内容)5．调试过程遇到的问题与解决的方法。6．课程设计体会7．主要参考文献二、对报告的要求：1．报告的字数应在3000字左右；2．页面设置：上下左右页边距分别为2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm3．正文字体：宋体，小四号字，行间距18磅4．参考文献要求如下：论文参考文献类型标识：M-专著（书）；C-论文集；J-期刊文章；D-学位论文；R-报告；S-标准；P-专利；并放在“论文标题”与“刊名（书名）”之间。文献的标题，作者（仅需给出3位），年、卷、期、起始页码均需给全。参考文献不少于3篇，并在文中备注清楚．例如：[1]蔡菲娜,刘勤贤,朱根兴等.数据融合方法在单传感器系统中的应用[J].数据采集与处理.2005，3(1)：88~90[2]郑少仁，王海涛，赵志峰等.AdHoc网络技术[M].北京:人民邮电出版社，2005[3]金纯，许光辰，孙睿.蓝牙技术[M].北京：电子工业出版社，2001[4]张海滨，宋文涛.无线通信发展与“高频电子线路”课程教学[J].电气电子教学学报.2004，26(2):23~26