二阶高通滤波器的设计

模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：题目：二阶高通滤波器的设计一、设计任务与要求1．分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2．截止频率fc=100Hz3．增益AV＝2；4．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。二、方案设计与论证根据设计任务要求设计一个二阶高通滤波电路，频率高于100Hz的信号可以通过，而频率低于100Hz的信号衰减。由输出量与输入量之比为传递函数即Au(s)=Uo(s)/Ui(s)=1/(1+sRC)则可采用压控电压源二阶高通滤波电路，或无限增益多路反馈高通滤波电路1、方案一采用压控电压源二阶高通滤波电路，由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路提供所需的正负直流电源（±12V）。电路如图1所示，其传输函数为：21211122122211)1(11)(RRCCsCRACRCRssAsAuouou222ccuosQssA归一化的传输函数：11)(2LLuoLusQsAsA其中：sscL，Q为品质因数。通带增益：341RRAuo截止角频率：ccfCCRR2121211122121)1(11CRACRCRQuoc截止频率：品质因数：2、方案二采用无限增益多路反馈高通滤波电路，由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路提供所需的正负直流电源（±12V）。电路如图2所示,该电路的传输函数为：213223321222211111)(RRCCCCCCCRssCCsAu222ccuosQssA归一化的传输函数：11)(2LLuoLusQsAsA其中：sscL,通带增益：31CCAuo截止角频率：ccfCCRR212321323212111CCCCCRQc截止频率：232121CCRRfc品质因数：2321)321(RCCRCCCQR3R4C3R2uiC1C2uouiC1C2uoR1R2R1图1压控电压源二阶高通滤波器图2无限增益多路负反馈二阶高通滤波器RCf210p31uAQ3、方案论证两种方案相比较，第一种方案参数设计较第二种方案更为容易设计，并且第一种方案的所用器材都很容易就能够买的到，而且第一种方案更容易做实验。所以我选择第一种方案。三、单元电路设计与参数计算1、稳压电源单元电路设计+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3u4U0_变压器_电路_电路_电路_图32、整流与稳压过程u1u2u3u4U00t0t0t0t0t图43、参数设计1）直流电源电路的参数设计由于要给集成块UA741提供正负12伏特的直流电压，则选用输出电压为15V，功率为20W的变压器。整流二极管D1、D2、D3、D4选IN4007（由于买不到IN4001），其极限参数RMU﹥100，最大整流平均电流IP=1A，满足RMU﹥2U2，最大整流平均电流IP=1A﹥maxoI。滤波电容C的容量应满足RlC=（3-5）T/2，采用电解电容，电容的电压值应该大于1、12U2，为获得较好的滤波效果则选用C=3300uf的电解电容，C2选用0、22uf的瓷介电容，C3选择220uf的电解电容，在稳压电路选三端稳压器W7812、W7912，它们的输出电压为12V，输出电流为1、5A。2）二阶高通滤波器的参数设计由增益Av=2，Av=1+Rf/R1,所以选R1=Rf=10K欧姆的电阻，fp=100Hz,fp=1/2RC，则选用C=0、1uf的瓷介电容，R3为14K欧姆的电阻，R4为18K欧姆的电阻，由于没有该种类的电阻，则用两个20K欧姆的可调电位器替代，集成块用UA741四、总原理图及元器件清单1、总原理图T1TS_PQ4_16D13N2461243C13300uF-POLC23300uF-POLU1LM7812CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC7220uF-POLC8220uF-POLLED1LED2V1220V50Hz0DegC3220nFC4220nFD31N4007D21N4007C5220nFC6220nFR31.0kR11.0k0111093487021U3UA741CD3247651R218.2kC9100nFC10100nFR414.0kR510kR610k15121413516V2100mV20kHz0Deg602．元件清单元件序号（名称）型号主要参数数量备注变压器输入220V、输出15V，P=20W1个带插头D1——D4（二极管）1N4007各1个保险管Ip=0.5A1个电解电容C1、23300uf/25V2个电解电容C5、6220uf2个瓷介电容C3、4、7、80、22uf4个集成块UA7411个集成稳压器W7812、W7912输出电压12V，输出电流1.5A各1个发光二极管2个瓷介电容C9、100、1uf2个电阻R120K欧姆2个电阻R21K欧姆2个可调电位器Rw20K2个五、安装与调试1．焊接工具：电烙铁在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。2．调试工具：万用表、示波器，信号发生器，数字毫伏表用小螺丝刀调节电位器R3的电阻为14K欧姆，R4的电阻为18K欧姆，接入220伏特的交流电压，信号发生器的输出信号为f=1KHz,Ui=100、2mv的信号，在输出端测得输出电压Uo=201、6mv，减小频率使得f=100Hz，则输出端Uo=161、2mv，与实际相差太大，则用螺丝刀微调节电位器，此时使得Uo=141、2mv，在高频时输出电压为输入电压的两倍，用示波器监测输出波形没有失真，故电路正确，调试完毕，可以进行性能测试。六、性能测试与分析1。输出电压的测量输入信号Ui=100、4mv，改变频率测输出电压，并且在通频带时的频率要取得密集一些频率f/Hz2060809095100110输出电压Uo/mv14、8790、0119、5131、4136、5141、2148、6频率f/Hz2005008001K20K50K100K输出电压Uo/mv183、4197、7199、5200、1202、4201。7201。0压控电压源二阶高通滤波器电路的幅频特性2。数据处理与误差计算在频率为高频时，U=（201、0+201、7+202、4）/3=201、7mv输入电压Ui=100、4，则Av=U/Ui=201、7/100、4=2、01相对误差：s=（2、01-2）/2*100%=0、5%当fp=100Hz时，Uo理论=U*0、707=201、7*0、707=142、6mv实验测得Uo=141、2mv则相对误差为S=（142、6-141、2）/142、6*100%=1%3、误差分析产生该实验误差的主要原因有1、输入信号不稳定会导致实验误差。2、由桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路提供所需的正负直流电不是很准，没有标准的正负12伏特，导致实验误差。3、在参数设计时也会引入误差。4、在计算过程中会引入计算误差。七、结论与心得结论1、由实验可知，当频率f为通带截止频率fp时，输出电压Uo约为最大输出电压的0、707倍，即︱Au︱≈0.707︱AuP︱。2、由实验可知，高通滤波器削弱低频信号，只放大频率高于fp的信号，我们可把高通滤波器用于交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分。3、实验中，监测的波形没有失真，说明只要正反馈引入得到，就能在f=fo时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。心得我所做的实验相对于其他同学的实验来说，非常简单，电路也简单，焊接电路板时也比较轻松，。虽然简单，感觉自己还有很多东西要去学习，自己课本知识不是学得很好，实验缺乏理论知识，所以，以后要加强理论知识的学习，并且电路焊接技术也有待加强。总之，实验已经做完了，总体还是满意的。八、参考文献1．童诗白、华成英《模拟电子技术基础》（第三版）2．谢自美〈〈电子线路设计、实验、测试〉〉物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程班级：学号：姓名：课题名称二阶高通滤波器的设计设计任务与要求1．分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路；2．截止频率fc=100Hz；3．增益AV＝2；4．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。设计报告成绩电子作品成绩课程设计成绩指导教师：2008年1月10日