通信1123班2组有源带阻滤波器课设报告

RC有源带阻滤波器课设报告第1页共21页科信学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2012/2013学年第二学期）题目：RC有源带阻滤波器专业班级：通信工程11级3班学生姓名：师景福、赵路阳、金泽明、王梦梦杨建彪、麻志浩、董亚贤、学号：2308、2309、2310、2311、2313、2314、2315、指导教师：马永强、贾少锐、李晓东、付佳设计周数：2周2013年7月5日RC有源带阻滤波器课设报告第2页共21页目录一、±5v直流电源........................................41.1概述.......................................................41.2设计要求...................................................41.3系统原理...................................................41.4电子元件...................................................41.5电路.......................................................41.6multisim仿真结果..........................................51.7制作过程...................................................51.7.1焊接制作..............................................51.7.2测试..................................................6二、RC正弦波振荡器......................................72.1实验原理...................................................72.1.1RC串并联正反馈网络的选频特性.........................82.1.2带稳幅环节的负反馈支路...............................102.2实验内容..................................................112.3实验过程及示波器波形......................................122.3.1焊接制作.............................................122.3.2测试.................................................13三、RC有源带阻滤波器...................................143.1内容摘要..................................................143.2设计任务..................................................143.3实验要求..................................................143.4实验原理..................................................143.5方案选择..................................................143.6电路设计、参数计算及元器件选择............................153.6.1电路设计.............................................153.6.2参数计算.............................................15RC有源带阻滤波器课设报告第3页共21页3.6.3元器件选择...........................................153.7实验仪器..................................................163.8实验内容..................................................163.8.1仿真概述.............................................163.8.2仿真具体步骤.........................................163.8.3实验项目与测试方法...................................173.8.4焊接制作.............................................183.8.5示波器滤波效果.......................................193.8.6实验数据.............................................203.8.7频谱图...............................................203.9误差分析..................................................203.10实验总结.................................................21参考文献.................................................21附录.....................................................21RC有源带阻滤波器课设报告第4页共21页一、±5v直流电源1.1概述为RC有源带阻滤波器和信号发生器提供电源。1.2设计要求±5v直流电源1.3系统原理图1系统原理图首先是对220V的高压进行变压，变压器的具体的匝比要根据下级的电路来确定。变压之后的电流仍然为交流，在通过整流电路后，变为脉冲直流。滤波电路可以消除脉冲，但是输出的直流电压仍不稳定。最后，通过稳压电路，使得电压的稳定性大大提高，整个过程如图1。1.4电子元件（1）0.1µF电容2个（2）2200µF电容2个（3）470µF电容2个（4）470Ω电阻2个（5）LM7805CT1个（6）LM7905CT1个（7）整流桥1个（8）发光二极管2个（9）变压器1个（10）面包板1个1.5电路变压整流滤波稳压AC220VDC5VRC有源带阻滤波器课设报告第5页共21页1.6multisim仿真结果1.7制作过程1.7.1焊接制作按照上述电路图，在面包板上进行排版设计和连线焊接。所得实物图如下。直流电源实物图RC有源带阻滤波器课设报告第6页共21页1.7.2测试用万用表测试该制作的电源为﹢4.98v和﹣4.98v，属于误差范围之内，所以该电源符合设计要求。万用表实物测试图RC有源带阻滤波器课设报告第7页共21页二、RC正弦波振荡器2.1实验原理RC正弦波振荡器的实验电路如图1所示。71.56VDD5V741C20.022uFU。R432R210kΩR350kΩ25%R510kΩR1D1D24VEE-5V5kΩ70%0.022uF5kΩ70%C1图（a）RC正弦波产生电路RC有源带阻滤波器课设报告第8页共21页图（b）Multisim仿真电路图图（c）Multisim仿真振荡器输出波图1RC正弦波振荡器该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络；具有稳幅功能的负反馈网络。2.1.1RC串并联正反馈网络的选频特性电路结构如图2所示。一般取两电阻值和两电容值分别相等。由分压关系可得正反馈网络的反馈系数表达式：RC有源带阻滤波器课设报告第9页共21页RCjRCjRRCjRCjRCjRCjRZZZVVFiF1111//11//212RCjRCjRCjRCRCjRCjRCjRCjRCjRCjRCjRCjRCjR13121111122令RC10，则上式为0031jF由上式可得RC串并联正反馈网络的幅频特性和相频特性的表达式和相应曲线（如图3和图4所示）。200231F3arctg00F--+FV图2iV1Z2Z+RC有源带阻滤波器课设报告第10页共21页由特性曲线图可知，当ω＝ω0时，正反馈系数达最大值为1/3，且反馈信号与输入信号同相位，即φF＝0，满足振荡条件中的相位平衡条件，此时电路产生谐振ω＝ω0＝1/RC为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率fo为RCfo21当输入信号iV的角频率低于ω0时，反馈信号的相位超前，相位差φF为正值；而当输入信号的角频率高于ω0时，反馈信号的相位滞后，相位差φF为负值。2.1.2带稳幅环节的负反馈支路由上分析可知，正反馈选频网络在满足相位平衡的条件下，其反馈量为最大，是三分之一。因此为满足幅值平衡条件，这样与负反馈网络组成的负反馈放大器的放大倍数应为三倍。为起振方便应略大于三倍。由于放大器接成同相比例放大器，放大倍数需满足VFA=1+31RRf，故1RRf2。为此，线路中设置电位器进行调节。为了输出波形不失真且起振容易，在负反馈支路中接入非线性器件来自动调节负反馈量，是非常必要的。方法可以有很多种。有接热敏电阻的，有接场效应管的（压控器件），本实验是利用二极管的非线性特性来实现稳幅的。其稳幅原理可从二极管的伏安特性曲线得到解答。如图5所示。ωφF-9090图4相频特性曲线图3幅频特性曲线ω01/3Fωω0RC有源带阻滤波器课设报告第11页共21页iDvDID2ID1VD1VD2Q1Q2图5在二极管伏安特性曲线的弯曲部分，具有非线性特性。从图中可以看出，在Q2点，PN结的等效动态电阻为22QdidvrDDd；而在Q1点,PN结的等效动态电阻为11QdidvrDDd；显然，1dr2dr；也就是说，当振荡器的输出电压幅度增大时，二极管的等效电阻减少，负反馈量增大，从而抑制输出正弦波幅度的增大，达到稳幅的目的。通过Rp调节负反馈量，将振荡器输出正弦波控制在较小幅度，正弦波的失真度很小，振荡频率接近估算值；反之则失真度增大，且振荡频率偏低。这是在实验中应当注意的。2.2实验内容1．参照图1（b）建立仿真电路，用示波器观察输出波形。2．根据起振要求，电压负反馈电路的电压放大倍数要略大于3，调节电位器Rp，使电路起振且输出良好（尽可能取小的幅值，使输出失真较小）的正弦波，测取输出正弦波的电压有效值Vo。3．测量振荡频率fo（1）用示波器测取fo用示波器内的光标测量功能读出T，计算获得fo。（2）用函数信号发生器的频率计功能测量振荡频率f0振荡电路的输出电压与函数信号发生器的“计数器输入”端连接，按下函数信号发生器的“外测频率”各相关控制键后，在函数信号发生器的5位LED显示器上显示被测信号的频率f0。RC有源带阻滤波器课设报告第12页共21页将测量结果填入表1：表1C1(uF)C2（uF）R2(KΩ)R4（KΩ）f0（KHz）0.0220.0222.02.03.5200.0220.0223.53.52.0310.0220.0225.05.01.4272.3实验过程及示波器波形2.3.1焊接制作按照上述电路图，在面包板上进行排版设计和连线焊接。所得实物图如下。图（a）信号发生器实物图RC有源带阻滤波器课设报告第13页共21页2.3.2测试用