二阶低通滤波器..

电子电路设计实践设计题目：二阶低通滤波器系别：电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气一班姓名：学号：201151指导教师：张全禹时间：2013年4月13日绥化学院电气工程学院目录第一章设计任务与要求1.1设计任务1.2设计要求第二章设计方案2.1总方案设计2.1.1方案框图2.1.2子框图的作用2.1.3方案选择第三章设计原理与电路3.1单元电路的设计3.1.1原理图设计3.1.2滤波器的传输函数与性能参数3.2元件参数的计算二阶低通滤波器3.3元器件选择3.4工作原理第四章电路的组装与调试Proteus仿真图第五章设计总结附录元件清单第一章设计任务与要求1.1设计任务设计一个二阶低通滤波器1.2设计要求截止频率为f=2KHz第二章设计方案2.1总方案设计2.1.1方案框图图2.1.1RC有源滤波总框图2.1.2子框图的作用1.RC网络的作用RC网络起着滤波的作用，滤掉不要的信号,通常由电阻和电容组成。2.放大器的作用电路中运用同相输入运放，输入阻抗高，输出阻抗很低。3.反馈网络的作用将输出信号的一部分或全部通过反馈网络(分正、负反馈)返回给输入端。2.1.3方案选择一个理想的滤波器应在要求的通带内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器则一定差异，为此利用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。用运算放大器和RC网络组成的滤波器可以免除电感的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻RC网络反馈网络放大器低，提供了一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为10^3Hz~10^6Hz,频率稳定度可做到（10^3~10^5）/摄氏度，频率精度为（3~5）%。1.运放为了满足足够深的反馈以保证所需滤波特性，运放的开环增益应在80dB以上。对运放频率特性的要求，由其工作频率的上限确定，设工作频率的上限为fh,则运放的单位增益宽带应满足下式：BWG等于（3~5）Aefh。2.元器件从选电容器入，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，可根据工作频率范围按照表2.1.3初选电容值。表2.1.3滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系f(1~10)Hz（10~102）Hz（102~103）Hz（1~10）KHz（10~103）KHz（102~103）KHzC(20~10)F（10~0.1）uF（0.1~0.01）uF（104~103）pF（103~102）pF（102~10）pF第三章设计原理与电路3.1单元电路的设计3.1.1原理图设计1.低通滤波器低通滤波器是用低频信号衰减或抑制高频信号。如图3.1.1（a）所示，为典型的二阶低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图3.1.1（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。图3.1.1二阶低通滤波器3.1.2滤波器的传输函数与性能参数该滤波器仅适用于低频范围，根据频率范围可将其分为低通、高通、带通与带阻四种滤波器，它们的幅频特性如下图所示，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际特性去逼近理想的。1.滤波器的传输函数表3.1.2.二阶低通滤波器的传输函数表2.单元电路性能参数(1)低通滤波器二阶低通滤波器的通带增益截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。类型传输函数性能参数低通——电压增益——低、高通滤波器的截止角频率——带阻塞、带阻滤波器的中心角频率BW——带通、带阻滤波器的带宽高通带通3.2元件参数的计算3.2.1二阶低通滤波器二阶低通滤波器性能参数表达式为ωC2＝１/（CC1RR1）Q=0.707ωC/Q=1/R1C+1/R2C+(1+AV)/R2C1AV=1+R4/R3当23upA时，Q1，在处的电压增益将大于upA，幅频特性在处。当upA≥3时，Q=∞，滤波器自激。由于将接到输出端，等于在高频端加正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高。参数计算设定低通滤波器的截止频率为2KHz、品质因数Q=0.707，设定R1=R2=R,C1=C2=C；又根据截至频率，初步确定电容值C1=C2=C=0.1U，由R1=R2=0.796K，R3=R4=4*R=3，184K；3.3元器件选择电阻的选择：根据参数计算得的结果和市场上所出售的请况而选择，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：本电路选择了八管脚的LM358单运放。其管脚图如下:LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。内部频率补偿。直流电压增益高(约100dB)。单位增益频带宽(约1MHz)。电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)。低功耗电流，适合于电池供电。低输入偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。输出电压摆幅大（0至VCC-1.5V)。参数输入偏置电流45mA输入失调电流50mA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC~1.5V共模抑制比80dB电源抑制比100dB3.3工作原理滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由运算放大器、电容和电阻可构成二阶低通滤波器。二阶低通滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。只有低频信号能通过而高频信号不能够通过。第四章电路的组装与调试Proteus仿真图第五章设计总结通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师和同学的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在他们的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！附录元件清单名称数量大小电阻/欧姆40.796K/23.814K/2电容/法拉20.1uf/2运放器/LM3851