四阶带通滤波器

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…………………………………………………………53.1MultiSim电路图………………………………………………………………53.2MultiSim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Ⅰ元件清单…………………………………………………………………附录ⅡProtel原理图……………………………………………………………附录ⅢPCB图（正面）…………………………………………………………附录ⅣPCB图（反面）…………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………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，1LfkHz，2HfkHz，设计方案如图1.1所示。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2.1.2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cf=2kHz，Q=0.541，A=1的低通滤波器和cf=2kHz，Q=1.306，A=1的低通滤波器；下面两个分别为cf=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作为接线座用来接线，原理图如图2.1.2,具体参数计算见2.2节。ViVo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波器的电路结构如图2.2.1所示。该滤波器电路是有1R,1C低通级以及3R,2C积分器级组成，这两级电路表现出低通特性。通过2R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131221123231211111RRCCHsssCRRRRRCC将上式与二阶低通滤波器传递函数2022cccHHsssQ比较得图2.2.1二阶低通滤波器示意图12231cCCRR201RHR1222313223CCQRRRRRRR直接采用这三个公式来计算1C,2C,1R,2R,3R的值是非常困难。为了简化运算步骤，先给2C确定一个合适的值，然后令1C=n2C，式中n是电容扩展比，A为滤波器直流增益幅度。可以从上述三个公式推得各电阻值的计算公式：2121+1-412cQAnRQCA21RRA322121cRRCC取24(1)nQA,上式可进一步简化为1212cRQCA21RRA322121cRRCC令021cRC,可得到滤波器中各项参数的计算公式为2124(1)CQAC102RRQA21RAR3021RRQA由此可见，只要确定2C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2C的容量，再用0212cRfC公式计算基准电阻0R。选取2C值为3300pF,则基准电阻021214.2cRfCk。b)计算1C的电容值，2124(1)7726CQACpF。c)计算1R的电阻值，10222.29RRQAk。d)计算2R的电阻值，2122.29RARk。e)计算3R的电阻值，302111.14RRQAk。由于需要取标称，这里取1%精度的金属膜电阻的标称值。这里1C取7750pF，1R取22.1k，2R取22.1k，3R取11k同理可计算当1.306Q,33300CpF时各项参数49.23Rk,取标称值9.31k。59.23Rk,取标称值9.31k。64.64Rk,取标称值4.64k。445028CpF,取标称值47nF。2.2.2二阶高通滤波器图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00.033CF，0.541Q时，则基准电阻021216.076cRfCk。各元件的参数计算如下：1200.033CCCF300.033CCAF。10212.97RRQAk。取标称值3k。102127.83RRQAk。取标称值7.87k。则原理图中73Rk，87.87Rk，5670.033CCCF。同理当00.033CF,1.306Q时，计算的各元件参数89100.033CCCF。91.23Rk，取标称值1.24k。1018.9Rk，取标称值19.1k。2.3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2.3TL082引脚功能其引脚图如下：（见图2.3）图2.3TL082引脚图第三章电路的组装与调试3.1MultiSim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3.2MultiSim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，2PPVV，数据如表3.3。fi/kHz0.100.200.400.600.800.900.101.101.201.40vo/V0.040.050.080.250.640.921.221.421.581.73fi/kHz1.601.801.902.002.102.202.402.602.802.90vo/V1.771.691.611.541.421.301.000.830.630.46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Ⅰ元件清单电阻个数电容(瓷片)个数电解电容个数1.24K13.3nF26.8uF23K17.5nF14.64K133nF67.87K147nF19.31K20.1uF211K119.1K12P插线座2运放放大器个数22.1K23P插线座1TL0822附录ⅡProtel原理图附录ⅢPCB图（正面）附录ⅣPCB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—Protel2004.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.