模拟电子电路及技术基础网上大作业设计报告14020150094任秀英.doc
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模拟电子电路及技术基础网上大作业设计报告
14020150094任秀英14020150096魏承承
一、设计要求:
利用电路虚拟仿真软件,如EWB、Multisim完成作业,系统框图如图3所示。
具体包括:
[1]选择方波作为输入信号,频率为本人学号的后三位(单位赫兹)。
[2]设计两个滤波器,用低通滤波器滤出基波,用带通滤波器滤出三次谐波。
确定集成运放的型号,计算滤波器中电阻和电容的取值,实现合适的通带增益和阻带抑制。
[3]设计移相器,对三次谐波移相。
在0到-180度范围中选取3到5个移相值,计算移相器相应的电阻和电容的取值。
[4]设计加法器,叠加基波和移相后的三次谐波的波形。
计算加法器中电阻的取值。
图1系统框图
二、电路设计:
1、低通滤波器的设计
设计要求:
从频率为96Hz,幅度为1V的方波中,滤出基波分量。
为使滤波更为精准,选用二阶RC低通有源滤波器,设定A(0)=2,Q=1,=96Hz。
由表1,选C=0.1。
运放选F007,即。
根据该电路低频增益
A(0)=K=1+
Q=
选电阻。
又由
==
计算出====16.5kΩ
表1截止频率与所选电容的参考对照表
10~100Hz
0.1~1kHz
1~10kHz
10~100kHz
C
1~0.1
0.1~0.01
0.01~0.001
1000~100
二阶RC有源低通滤波器电路图如下:
2、带通滤波器的设计
选用二阶RC反相带通有源滤波器,设定中心频率=288Hz,A(w0)=-1,Bw=4Hz,仍选C=0.1。
由
Bw==(Hz)
得=800kΩ。
又由
A(w0)=-1=-
得==400KΩ又
二阶带通滤波器电路图如下:
二阶带通滤波器加反相器
3、-90°移相器的设计
一阶全通滤波器即移相器,其幅频特性:
相频特性:
由||=1,Φ()=-90°,只需,而=1800rad/s,取=5.5KΩ,C=0.1uF,==20KΩ
4、加法器的设计
由于最终输出波形为,所以用同相比例放大器
若R1=R2,则
取R=10KΩ,Rf=20KΩ,R1=20KΩ,R2=20KΩ,R3=20KΩ
加法器电路图如下:
5、完整仿真电路图
三、仿真结果:
图1方波与基波图示
图2方波与三次谐波的图示
图3相位相差-90°的三次谐波
图4相位相差-180°的三次谐波
图5基波与移相-90°三次谐波叠加后的图示
图6基波与移相0°三次谐波叠加后的图示
图7基波与移相-180°三次谐波叠加后的图示
图8未改振幅前基波与相移三次谐波分别叠加后的图示
图9改振幅后基波与相移三次谐波分别叠加后的图示
(绿线代表基波与相移0°三次谐波的叠加图示,蓝线代表基波与相移-180°三次谐波的叠加图示,红线代表基波与相移-90°三次谐波的叠加图示。
)
四、心得及收获:
1、低通滤波器的设计
最初选择了一阶低通滤波器,但是在仿真过程中发现滤出的基波稍有失真,调节阻容效果并不理想。
后来改成二阶低通滤波器后,上述问题得到解决。
2带通滤波器的设计
参考低通滤波器的设计经验,设计带通滤波器的时候首先选择了二阶有源带通滤波器。
通过观察三次谐波和方波的图像,发现两者之间的相位不是最初带通滤波器设计的-180°,用波特测试仪测出两者之间的相位相差约为-90°。
通过接入移相器,反相器,最终将滤出无相移的三次谐波,解决了问题。
3、基波与三次谐波的叠加
由于低通滤波器的增益为2而带通滤波器的增益为1,所以得到的基波和三次谐波无法直接相加。
所以我们将带通滤波器的输入方波的振幅改为0.5V,保证了滤出的基波能与三次谐波的正常叠加。