电子技术课程设计
报告
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题 目： 二阶有源带阻滤波器
学生姓名： 刘笑
学生学号： 1314020120
年 级： 2013级
专 业： 电子信息工程
班 级： （1）班
指导教师： 沈晓波
电子工程学院制
2015年5月
目录
引言 1
一、课程设计目的： 1
1.1 迎合现代电子技术发展的需要 1
1.2 培养理论与实践相结合的能力 1
二、设计
方案
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及基本知识： 2
2.1 设计任务 2
2.2 技术指标 2
2.3 电路工作原理 2
2.4 方案选择 3
2.5 电路设计、参数计算及元器件选择 3
2.5.1 基本低通、高通滤波电路 3
图2 3
2.5.2 高通滤波器： 3
2.6 参数计算 4
2.7 元器件选择 4
2.8 主要仪器名称及型号 4
三、课程设计原理： 5
3.1 滤波器基本介绍： 5
3.2 数字滤波器的原理： 5
3.3 设计原理： 5
四、课程设计内容与仿真： 7
4.1 实验步骤： 7
4.2 模拟电路图： 8
五、课程设计总结及体会： 9
5.1 课程设计总结： 9
5.2 课程设计的体会： 10
参考文献 10
二阶有源带阻滤波器
学生：刘笑
指导教师：沈晓波
电子工程学院 电子信息工程专业
引言
有源带阻滤波器是采用通用运放OP07CD及其外围电阻电容网络实现的，通过电容电阻的谐振作用来实现带阻作用，通过运放OP07CD实现放大信号的作用。通过改变电阻电容值可调节阻带中心频率和带宽。在使用Multimism仿真时结果较理想，在实际电路中由于电阻、电容本身数值的误差以及接触不良问题，实际结果误差较大，但符合实验要求。
一、课程设计目的：
1.1 迎合现代电子技术发展的需要
随着微电子技术的迅速发展,通用数字信号处理芯片的性能不断提高,数字信号处理得到越来越广泛的应用,而数字滤波器是数字信号处理的一个重要应用方面,在通信系统、数字仪器仪表、语音、图像处理等方面都是必不可少的部分,所以数字滤波器的设计显得尤为重要。本次实验在软硬件常规实验的基础上，运用“信号与系统”的理论知识，设计、
分析
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、测试基本电路系统，初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。为学生创造应用实践的契机，培养学生的自学能力和钻研能力。
1.2 培养理论与实践相结合的能力
随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际 动手能力。 滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个带通滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。
二、设计方案及基本知识：
2.1 设计任务
采用通用运放OP07CD设计一个二阶有源带阻滤波器电路。
2.2 技术指标
通带电压增益：１.０
输入信号频率范围：０～１００ＫＨｚ
中心频率：２ＫＨｚ
阻带宽度：１.６～２.４ＫＨｚ
输入信号电压：ｕｉ＜１００ｍＶ
电源电压：±１２Ｖ范围内可任选
2.3 电路工作原理
带阻滤波器即不允许某一频率带范围内的信号通过，而允许其余频率的信号通过的滤波器。将低通滤波器和高通滤波器并联起来，再加上一个求和电路，并使低通滤波器的截止频率ｆH低于高通滤波器的截止频率ｆL，即可构成带阻滤波器。ｆH和ｆL之间的频带即为带阻滤波器的阻带。原理图如下图所示：
图1
2.4 方案选择
外围电路由电阻电容网络组成，由电阻电容的谐振实现带阻作用。通过LM324芯片中的放大器实现增益作用。通过选择恰当的电阻电容值，调整中心频率和带宽，便可以实现实验的要求。
2.5 电路设计、参数计算及元器件选择
2.5.1 基本低通、高通滤波电路
低通滤波器：
图2
截止频率：f=1/2π*R*C
图2
2.5.2 高通滤波器：
截止频率：f=1/2π*R*C
图3
将两个基本电路并联即可得到带阻滤波电路。
2.6 参数计算
中心频率 fo =1/2π*R*C
带宽 f2 – f1 = 2 (2－Kf)
增益 Kf = 1+RF/Rf
Q点 Q = 1/2(2 - Kf)
R1=R2=2R3=R
C1=C2=C3/2
R5=RF; R4=Rf
2.7 元器件选择
由于题目中给出的带宽为0.8KHz，代入公式可求得Kf=1.8 1.6，即确定了RF=1.8Rf RF=0.6Rf ，选择较大的电阻值可使电路更稳定，因此取RF阻值为8K。
由中心频率为2KHz，代入公式可得R与C的取值关系。由电路常识知道电容较小时电路运行能更稳定，所以选取较小的电容，取C=1nF，代入C的值可得R的取值约为39KΩ，取R1和R2为78KΩ。实际连接时发现不能精确实现78KΩ，考虑到实际连接电路时的方便，为减少元件个数，使用51KΩ、20KΩ、5.1KΩ电阻各一个串联成76.1KΩ的电阻，近似实现78KΩ的电阻，实际实验中发现对结果影响不大，中心频率有稍许偏差，但符合指标。
由此得到元件参数，并结合实际选择元件：1nF电容两个，2.2nF电容一个，78KΩ电阻两个，39KΩ电阻一个，8KΩ电阻一个，另外再加上LM324N芯片一块，导线若干，面包板一块。
2.8 主要仪器名称及型号
函数信号发生器：AS1634
数字存储示波器：TDS-2002
交流
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毫伏表：AS2173
直流稳压电源：DF1731
万用表、面包板、导线
三、课程设计原理：
3.1 滤波器基本介绍：
滤波是最常用的一种信号处理技术，是抑制干扰的一种有效途径，一般用来衰减信号频谱中需要消除的部分，增强有用的部分。简单的说就是，一个原始信号通过某一装置后变为一个新信号的过程称为滤波。原始信号称为输入，新信号称为输出，该装置便称为滤波器。
3.2 数字滤波器的原理：
数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。数字滤波的核心思想是突出有效波，抑制干扰波。根据有效波和干扰波的频谱特性差异进行滤波。一般是一个线性时不变系统,可以用下图所示的框图表示
图4
3.3 设计原理：
带阻滤波器是让某一频率范围内的信号分量通过，而对该频率范围外的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。带阻滤波器理想幅频特性曲线如下图：
图5
本实验进行有源带阻滤波器的设计与分析，原理图如下：
图6
由教材中可知有源带通滤波器的传递函数为：G(s)=
，
=
=1为带阻滤波电路的通带电压增益；Q=
0.5
则滤波器的增益为：
|A(
)|=1.0 （3-1）
增益减小3dB时得
=1上式变为：
|A(
)|=3.0 （3-2）
特征角频率：
=100000hz （3-3）
截止频率为：
则可根据上式仿真在时域中的冲击响应、阶跃响应，以及不同激励信号下的零状态响应。
四、课程设计内容与仿真：
4.1 实验步骤：
1、选好元件后，按图连接电路，尤其注意正负电源的连接，以免烧坏芯片。由于找不到8KΩ的电阻，所以采用5.1KΩ和2KΩ、1KΩ串联近似实现8KΩ的电阻。2.2nF电容也由两个1nF电容和两个0.1nF电容并联实现。
2、将信号发生器连接电路的输入端，使示波器的两个输入端分别连接电路的输入端和输出端。
3、调整信号发生器，使输出峰峰值为80mV、频率为5KHz的正弦电压。
4、观察示波器，看电路输出端是否为正弦信号，若不是，说明电路连接错误，检查电路至电路输出稳定的正弦波信号。
5、改变输入信号频率，观察示波器的输出信号的变化特征，如果在2KHz附近有明显衰减，说明电路功能实现正确，若不是，则继续寻找错误，修正电路，直至满足要求。
6、将交流毫伏表连接到电路的输出端，测量输出信号的电压有效值，改变输入信号频率为1~5KHz，观察并记录输出信号的有效值，最后由所记录数据得出电路的中心频率及其带宽。由数据得知，在实际电路中，由于电阻和电容的误差以及面包板的接触不稳定，中心频率略微偏移，达到了2.05KHz左右。带宽略大于要求带宽。1.6KHz和2.4KHz处增益衰减均大于3dB，两项指标均符合要求。
4.2 模拟电路图：
图7
4.3 仿真电路图：
图8
图9
五、课程设计总结及体会：
5.1 课程设计总结：
本次综合性设计性试验当中，将模电与信号与系统的内容结合起来，自己设计了一个有源带阻滤波器，将理论与实践相结合，发现了自身里理论方面的不足，同时在实际试验的过程中，认识到了严谨实验的重要性，虽然本次实验中遇到较多困难，但却增长了知识，增强了实践能力。
在课成设计的初期，首先对本次课设的题目进行仔细分析和阅读，弄懂设计任务及要求。接下来开始查找有关带通滤波器的资料，对带通滤波器的概念进行系统的了解，对其工作原理进行理论分析，对几种有源带通滤波器的设计方法进行分析、比较，最终选择出一种比较合理的方案，根据该方案的电路图选择元器件的参数，用仿真软件Multisim进行仿真，经过仿真软件验证后，最后进行调试，调试过程中出现了一些。 从本次模拟带通滤波器的设计过程中，我学会对实际设计出的模拟带通滤波器的性能进 行分析，并理解了模拟滤波器的存在缺点，由于模拟滤波器的中心频率对电路元件(如电容，电阻)的参数十分敏感，较难设计出合适的参数，而且电路元件的参数会随外界环境的干扰发生变化，这会导致中心频率的偏移，影响滤波结果的准确性。 在整个课程设计过程中，我学到了很多知识，动手能力得到了一定的提高，并掌握了带通滤波器的设计流程。在将来的电子电路学习课程中，我将更加努力
提高自己查找学习资料、分析问题及解决问题的能力，争取今后得到更好的提高。
5.2 课程设计的体会：
1、在实际电路中得到的波形有一些相位失真，这很可能是因为各元件之间接触不好，芯片功能不够稳定造成的。另外在仿真中也有一些相位失真，说明这个有源带阻滤波器的设计方案还有需要改进的地方，外围电路中的电阻电容值还不够好。
2、我从此次实验中收获了很多，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。经过实际的动手，才发现原来还有很多不懂的地方，通过实验，锻炼了动手能力，也加深了对书中知识的理解，认识到理论与实际之间的差距，体会到了实际动手的重要性。
参考文献
1、华中科技大学电子技术课程组编. 康光华主编. 电子技术基础（模拟部分）. 第5版. 高等教育出版社. 北京. 2006 . 23-42页
2、傅丰林、陈建主编. 低频电子线路. 第2版. 高等教育出版社. 北京. 2003 . 69-78页
3、谢自美. 电子线路设计. 华中科技大学出版社. 上海. 2000 . 85-98页
4、徐君贤，朱平. 电工技术实训. 北京. 机械工业出版社. 2001 .96-123页
5、付家才.电子实验与实训. 北京. 高等教育出版社. 2004 .261-275页
6、王港元主编. 电工电子实践指导. 江西. 江西科学技术出版社. 2003 .135-146页
7、朱国兴主编. 电子技能与训练. 北京. 高等教育出版社. 2000 .214-235页
指导教师评语
成绩（60%）
指导教师签字：
年 月 日
答辩过程及评价
成绩（40%）
答辩小组签字：
年 月 日
院综合
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