课程设计二阶低通滤波器设计.docx
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课程设计二阶低通滤波器设计
琼州学院本科生课程设计（仿宋，三号）
《单片机原理及应用》课程设计
设计题目：
专业：
电子信息科学与技术
班级：
2011级2班
学生姓名：
学号：
指导教师：
孙志雄（副教授）
钟鹏飞（助理实验师）
2013年12月
课程设计正文基本内容及打印格式
设计题目
姓名
（琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022）
摘要：
关键词：
1设计任务
2系统方案设计
3系统仿真分析
4系统的安装与调试
5设计总结
参考文献：
《XXXX》课程设计评分表
设计题目：
XXXX
学生姓名：
XXX指导教师签名：
年月日
项目
主要内容
满分
得分
设计报告
设计报告规范、完整、无原理性错误
40
电路设计
电路设计与参数计算
20
电路测试
测试结果与分析
20
电路安装
实际电路安装与调试
20
总分
100
附：
范文如下
琼州学院本科生课程设计（仿宋，三号）
《模拟电子技术》课程设计
设计题目：
二阶低通滤波器设计
专业：
电子信息科学与技术
班级：
2009级
学生姓名：
蔡珊柔
学号：
09214014
指导教师：
孙志雄（副教授）
2012年6月
二阶低通滤波器的设计
蔡珊柔
（琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022）
摘要：
由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
根据频率范围可待其分为低通、高通、带通与带阻四种滤波器，具有理想特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的特性去逼近理想的。
通过计算及仿真知电路相应特性、形式、类型等，再根据截止频率选定电容、电阻标称值以及放大器的型号，最后进行焊接并调试。
关键词：
二阶低通滤波器；课程设计；Multisim10
1设计任务
要求设计一个二阶低通滤波器，其截止频率
，品质因数为Q=0.707，放大倍数
。
分析电路工作原理，设计电路图，计算并正确选择电路中的参数。
2电路设计与参数计算
根据二阶低通滤波器的基础电路图进行设计，如图1所示。
R1
R2
R4
R3
+
–
图1二阶低通滤波器基础电路图
（1）该电路的传递函数为：
（Ⅰ）
（2）通带放大倍数为：
（Ⅱ）
（3）截止频率为：
（Ⅲ）
式中
为截止角频率。
（Ⅳ）
（4）品质因数为;
（Ⅴ）
Q是
=
时放大倍数与通带内放大倍数之比。
一般来说，滤波器中的电容器容量要小于1
，电阻器的阻值至少要求
级。
假设取电容
且设电阻
则根据（Ⅴ）式
求得：
R=1592.3567
则：
（Ⅵ）
在根据Q值求
，因为Q=0.707.即
求得放大倍数
（Ⅶ）
又因为集成运放是要求两个输入端的外接电阻对称，可得：
1+
（Ⅷ）
可得
（Ⅸ）
通过计算得到电路中各个元器件的参数如下：
①电阻为：
标称值为
标称值为
标称值为
标称值为
②电容为：
③集成运算放大器型号为OP07DP。
特点：
OP07是低失调，低温漂集成运算放大器。
3电路仿真与分析
（1）采用EDA仿真软件Multisim10对压控电压源型二阶低通滤波器电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。
下图为在仿真软件Multisim10仿真的电路图2。
图2二阶低通滤波器仿真电路图
（2）通过在仿真软件中使用万用表测出的输出电压的大小，如下图3所示。
图3万用表测出的输出电压
已知：
（1）输出电压值
=158.474mV。
（2）输入的交流电压为
=100mV。
（3）其放大倍数为
。
根据（Ⅲ）可得到其放大倍数
与（Ⅶ）式的放大倍数相接近。
（4）为了验证设计的是否符合实验要求，通过仿真中的波特图仪器测试出波形，如下图4和图5所示。
图4二阶低通滤波器幅频特性曲线图
图5二阶低通滤波器截止频率曲线图
由上图可以看出其截止频率为1.002kHz左右，与选题给的条件基本上相接近，在允许的范围内。
且若电路设计使得Q=0.707,
时，20
该滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度。
而由上面的波特图形可看出
，说明该电路的幅频特性在通带内应该是较平坦的。
（5）在通过仿真软件中的示波器测出输入与输出的波形，如下图6所示。
图6二阶低通滤波器仿真波形
所加输入信号的有效电压，波形如Channel-A所示，输出电压波形如Channel-B所示，其最大电压约为209.600mV，故输出电压的有效值
mV；由以上分析知通带内电压放大倍数
，和所求出来的放大倍数存在一些偏差，但误差比较小，在允许的范围内。
综上三大部分的分析得知所设计的二阶有源低通滤波器仿真模拟电路图符合题目要求，是正确的。
4电路安装与调试
通过焊接好后的电路板放到试验箱上进行调试，发现实际弄好的电路板调试的结果与仿真的存在一定的误差。
调试的结果显示，如表1，其放大倍数和频率的幅频曲线如图7所示。
表1
频率
（kHz）
放大倍数
0.1
1.8
0.2
1.8
0.3
1.8
0.4
1.78
0.5
1.75
0.7
1.2
0.8
0.9
1
0.7
1.2
0.65
1.5
0.5
2
0.35
3
0.25
5
0.1
10
趋近于0
图7根据表1画出的
的曲线图形
4.1误差分析：
当信号达到截止频率时，理论的放大倍数为
，但实测的放大倍数为
。
实际观察到截止频率的变化范围应该在0.8kHz至1KHz之间。
4.2产生误差的原因：
（1）在焊接电路板时使用的元器件与仿真时用的不太一样，都有一定的误差，所以造成最后成品调试出现较大的误差。
（2）本次的调试结果是通过示波器来观测波形，通过其在示波器上的变化来得到的结果，可能在读数时存在一些偏差。
（3）焊接点与导线也存在一些电阻。
5设计总结
本次课程设计不仅仅是了解了有关二阶低通滤波器的知识，更重要的是能将书本上的理论和所学的知识与实际的动手操作相结合。
不但提高了大家的动手能力，更激起了大家对本专业学习的兴趣。
参考文献：
[1]傅丰林主编.模拟电子技术基础[M].北京：
人民邮电出版社，2008.10
[2]高平主编.电子设计及制作完全指导[M].北京：
化学工业出版社，2009.3
[3]李桂安主编.电子技术实验及课程设计[M].南京：
东南大学出版社，2008.8
《模拟电子技术》课程设计评分表
设计题目：
二阶低通滤波器的设计
学生姓名：
蔡珊柔指导教师签名：
年月日
项目
主要内容
满分
得分
设计报告
设计报告规范、完整、无原理性错误
40
电路设计
电路设计与参数计算
20
电路测试
测试结果与分析
20
电路安装
实际电路安装与调试
20
总分
100
资料仅供参考!
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