二介带阻滤波器的设计说明.docx
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二介带阻滤波器的设计说明
模拟电路课程设计报告
设计课题：
二阶带阻滤波器的设计
专业班级：
学生：
学 号：
指导教师：
设计时间：
2011年12月12日
题目二阶带阻滤波器的设计
一、设计任务与要求
1．截止频率fH＝2000Hz,fL=200Hz；
2．电压增益AV=1----2；
3．阻带衰减速率为-40dB/10倍频程；
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
将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路的输出电压求和，就可以得到带阻滤波器，其中低通滤波器的截止频率fp1应小于高通滤波器的截止频率fp2,因此电路的阻带为（fp2-fp2）.实用电路常利用无源LPF和HPF并联构成带阻滤波器电路，然后接同向比例运算电路，从而得到有源带阻滤波器，由于两个无源滤波电路均由三个元件构成英文字母Ｔ，故称之为双Ｔ网络。
根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。
根据课设要求，我们选择巴特沃斯（butterworth）滤波电路。
巴特沃斯滤波器的幅频响应在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。
由于要求为-40dB/十倍频程，选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。
方案一、压控电压源二阶带阻滤波器
这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率围，信号则能顺利通过。
在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源BEF。
电路图如下：
方案二、无限增益多路负反馈二阶带阻滤波器
该电路由二阶带通滤波器和一个加法器组成
3、单元电路设计与参数计算
（1）直流电源部分
直流电源由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分构成。
1、稳压电源的组成框图
2、电路图
3、整流、滤波电路
用四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压Ｕ2变成脉动的直流电压,为了减小电压的脉动，再经滤波电容C1滤除纹波,输出直流电压Ui，UI=1.2U2
为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=（3～5）T/2的条件。
两个二极管分别与LM7812和LM7912反向并联，取到保护电路的作用。
同时在后面有两个发光二极管监视电路。
4、稳压电路
稳压电路中用三端固定稳压器组成固定电压输出电路，用Ｃ为抗干扰电容，用以旁路在输入导线过长时窜入的高频干扰脉冲，Ｃi是用来改善输出瞬变特性和防止电路产生自激振荡．所接的二极管对稳压器起保护作用，防止输入端短路时Ｃ2上电荷对稳压器部放电使部输出管击穿而损坏。
三端固定式集成稳压器构成稳压电路时要求输入电压Ui不能过低，
Ui—U0>3V
根据输出电压、电流选用三端集成稳压器及输入电压。
（2）二阶带阻滤波器部分
所选用的的电路为压控电压源二阶带阻滤波器电路：
电路性能参数
通带增益
中心频率
带阻宽度B＝2（2－Aup）f0选择性
电路的传输函数
其中，通带电压放大倍数
阻带中心处的角频率
品质因数
其中R1=R2则Q=0.5
根据截止频率fH＝2000Hz,fL=200Hz；可得知中心频率fo=1100Hz,中心频率试验中选用电容C=100nf，因此可求R=1.448K欧姆，R/2=0.724K欧姆。
电压增益中Ｒ１＝２０ｋ，Ｒｆ＝１０ｋ，Ａｖ＝１＋Ｒｆ／Ｒ１＝１．５．（课程设计要求要１——２）。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
直流电源电路
压控电压源二阶带阻滤波器
波特图所显示的幅频特性
2．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注（单价）
三端稳压管
LM7812
1
输出直流电压+12V
三端稳压管
LM7912
1
输出直流电压—12V
T1
Ua741
Ua741
1
0.2
c1
瓷片电容
100nf
2
0.3
c2
瓷片电容
220nf
1
0.3
C1,C2
电解电容
3300uf
2
0.3
C3,C4
电解电容
0.33uf
2
0.3
C5,C6
电解电容
220uf
2
0.3
C7,C8
电解电容
0.1uf
2
0.3
D
二极管IN4007
6
0.4
LED1,2
发光二极管
2
表示有电流
R
1.45K
2
0.1
R
500
2
0.1
R1
20K
1
0.1
Rf
10K
1
0.1
五、安装与调试
（一）静态调试：
用万用表对电路板进行静态测试，目的主要是为了防止虚焊或者漏焊。
静态调试没有问题之后方可以到实验室进行动态测试，主要测试参数有正弦波的幅值，输出波形频率围。
（二）动态调试：
仔细检查装好的电路，确定元件与导线连接无误后，接通电源。
在电路的输入端假如Vi=200mv的正弦信号，慢慢改变输入的信号的频率（注意保持Vi的不变），用示波器观察输出电压的变化。
在滤波器的截止频率附近，观察电路是否具有滤波特性，若没有滤波特性，应检查电路，找出故障原因并排除之。
若电路具有滤波特性，可进一步进行调试。
对低通滤波器应观测其截止频率是否满足设计要求，若不满足设计要求应根据公式，确定应调整哪个元件才能使截止频率既能达到设计要求又不会对其它的指标参数产生影响。
然后观测电压放大倍数是否满足设计要求，若不达到要求，应根据相关公式调整有关的元件，使其达到设计要求。
通过测试设计值点电路板的结果，对电路板进行修正以达到设计要求。
设计指标：
fo=1100Hz，增益为Av=1——2，-40dB/十倍频程。
输入信号Vi=200mv，观察滤波器的截止频率fc及电压放大倍数Av。
按要求理论测试结果应为：
在相对低频时，如f1为200Hz时，电压放大倍数为1.5；在f=1100Hz时，Av=0；在相对高频时，如f1为2000Hz时，电压放大倍数为1.5。
六、性能测试与分析
在已经调试好的电路中使VI=200mv,不断调节输入信号的频率并记录在调试过程中的23组数据分别记录下输入电压的频率还有输出的Vo。
在仿真软件中得到的在三个频率下的输出电压如下
F=10hzf=1100hz
f=2000hz
电路测试得到的输出电压和频率Vo～f关系表如下：
序列
1
2
3
4
5
6
7
8
f/hz
0
50
100
150
200
250
350
500
Vo/mv
298
298
298
298
285
260
236
198
序列
9
10
11
12
13
14
15
16
f/hz
750
900
1100
1200
1300
1450
1600
1750
Vo/mv
154
91
50
89
139
186
238
249
序列
17
18
19
20
21
22
23
f/hz
1800
1900
2000
2100
2200
2500
3000
Vo/mv
260
270
285
298
298
298
298
根据数据记录画出它的频率特性曲线在图中可以看到，实验所测的数据与仿真软件中的波特图显示的接近，如下图
从数据上分析实验中所得的数据符合该实验设计的要求：
fo=1100Hz，增益为Av=1——2，-40dB/十倍频程。
在相对低频时，如f1为200Hz时，电压放大倍数为1.5；在f=1100Hz时，Av=0；在相对高频时，如f1为2000Hz时，电压放大倍数为1.5。
误差计算:
（1）直流电压源
1.变压器的副边输出电压为15.6V理论U=15Vη1=（15.6-15）/15*100%=4%
2.整流滤波电压稳压管的输入电压均为20.5V理论U=20V
η2=（20．5-20）/20*100%=2.5%
3.稳压管输出电压UO1=+12VUO2=-11.9V理论UO1=+12VUO2=-12V
η3=（12-12）/12*100%=0
η4=（12-11．9）/12*100%=0.833%
（2）滤波电路
1.输出电压频率为0时为Uo=298mv理论Uo=300mv
η5=（300-298）*300=0.7%
2.中心频率为F0=1.09Khz理论F0=1.1Khz
η6=（1.1-1.09）*1.1=0.9%
3.下降速率-40dB/十倍频理论-40dB/十倍频
η7=（40-40）*40=0
误差分析:
1，实验毕竟是实验与理论有所差别，试验中的输入信号不稳定可能造成误差。
2，电路板上所用的各元件并不是完全和我们所计算的理论值相等，大小有些不同。
3，选用的实验元件受温度的影响，实验时间过长导致的误差产生。
七、结论与心得
利用公式法设计有源二阶带阻滤波器，要求解多元高阶方程组；若采用查表法求解电路参数，就简单得多。
因此应尽量采用查表法求解电路参数，以减少电路运算复杂程度。
虽然可能误差很大，但是能够带来很大的方便。
初学设计时尽量能快速找到解决问题，培养解决问题的能力，积累设计经验。
通过此次的课设，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。
并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。
在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过课程设计，学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。
在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。
在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。
在设计电路过程中，理论知识很重要，理论知识决定了设计的方法，设计电路的成败。
所以需要查找很多资料，需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题。
同时还必须有实事地分析问题的态度，知道理论与实际是有一些差别的。
调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成功。
八、参考文献
1．童诗白，华成英，模拟电子技术基础，，高等教育
2.劳无一，劳佳，模拟电子电路分析、设计与仿真，，清华大学
3.王春兴，电子技术实验教程，大学
4.康华光，电子技术基础（第五版）.：
高等教育，2006
5.自美.电子线路设计.实验,测试（第二版）.:
华中科技大学,2000
6.庞绍华,庞凤.自制多功能晶体管测试仪电路[J].家电检修技术,2002
物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表
专业：
班级：
学号：
课题名称
二阶带阻滤波器的设计
设计任务与要求
① 截止频率fH＝2000Hz,fL=200Hz；
② 电压增益AV=1----2；
3阻带衰减速率为-40dB/10倍频程；
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
评分标准：
有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
（0-20分）
电路板制作、调试规，有详细制作和调试过程。
（0-10分）
电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规，进行了误差计算和误差分析。
（0-15分）
对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。
（0-5分）
设计报告成绩：
电子
作品成绩
评分标准：
电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。
（0-30分）
电路板焊接工艺规，焊点均匀，布局合理。
（0-20分）
（其中直流电源部分占20%，功能部分80%）
电子作品成绩：
课程设计成绩
总成绩：
指导教师：
2012年1月8日
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