有源带通滤波器的设计

有源带通滤波器的设计 现代电子综合实验 有源带通滤波器的设计 教学单位: 电子信息学院 专业名称: 信息工程 学生学号: 学生姓名: 成 绩: 指导教师: 完成日期: 2011年 5 月 19 日 摘 要 滤波器是电子电路中不可或缺的重要器件，也是电子信息专业中的重要的学习内容。通过有源带通滤波器的原理分析、仿真设计、电路制作、测量，有助于加深对电路频率特性的理解，有助于电路设计、制作、测量等综合能力的提高。 本文阐述了有源带通滤波器的原理，对其传输函数进行了推导，分析了频率特性，并利用MATLAB描绘了其幅频特性和相频特性曲线。通过Multisim作电路仿真设计， 关键词:有源滤波器，,A741，频率特性 I 目 录 1 设计目标 ........................................................................................................................................................... 1 2 原理分析 ........................................................................................................................................................... 2 2.1 传输函数 ................................................................................................................................................... 2 2.2 频率特性的MATLAB计算 ........................................................................................................................... 2 3 滤波器的仿真设计............................................................................................................................................ 4 3.1 MULTISIM仿真 .............................................................................................................................................. 4 3.2 PCB图 ........................................................................................................................................................ 5 4 滤波器电路的制作............................................................................................................................................ 6 4.1 PCB板的制作 ............................................................................................................................................. 6 4.2 电路焊接 ................................................................................................................................................... 6 4.3 电路调试 ................................................................................................................................................... 7 4.4 电路样品 ................................................................................................................................................... 7 5 滤波器电路测量 ............................................................................................................................................... 9 5.1静态测量 .................................................................................................................................................... 9 5.2扫频法定性观测......................................................................................................................................... 9 5.3逐点法定量测量........................................................................................................................................10 6 结 论.............................................................................................................................................................. 11 参考文献..............................................................................................................................................................12 II 1 设计目标 利用,A741、电阻、电容等元器件设计一个有源带通滤波器，要求: (1)对有源带通滤波器进行理论分析; (2)频率特性:中心频率约为40kHz，带宽约为40kHz，最大增益不小于2; (3)作Multisim仿真设计; (4)制作PCB以及电路样品; (5)进行滤波器频率特性测量; (6)对比理论分析结果、仿真结果、实测结果，得出结论。 (7)写出 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 。 1 2 原理分析 2.1 传输函数 有源带通滤波器电路原理图如图2-1所示。 RR34 uoC1R1uiUA741 R2C2 图2-1 有源带通滤波器 在图2-1电路中，取R=R=R，C=C=C时，分析可得 1212 电路的传输函数为 ，,,UR13o,,,Hj,,， (2-1) ()1,,，RU,,,,RR24,,i330,,j,，,1,,RR,,440,, 1,10其中，， 。R=R时上限频率、下限频率分别为 f,,,,3400RC2π2πRC f=1.618f (2-2) H0 f=0.618f (2-3) L0 若取R=R= R=R=1.2k,，C=C=3300pF，则f=40.2kHz，f=24.9kHz，1234120L f=65.1kHz。 L 2.2 频率特性的MATLAB计算 据式(2-1)，编写如下m文件，运行后得图2-2所示的幅频特性、相频特 性曲线。 R=1200; C=3.3e-9; w0=1/(R*C); w=0:1000:1e8; H=2./(-1+i.*(w0./w-w./w0)); subplot(1,2,1),plot(w,abs(H)); subplot(1,2,2),plot(w,angle(H)); 2 24 1.831.621.411.2 10 0.8-10.6-20.4-30.2 0-4345678345678101010101010101010101010 (A)幅频特性 (B)相频特性 图2-2 有源带通滤波器的频率特性图 由图2-2可知，,?250krad/s，,?180krad/s，,?400krad/s。 0L0 3 3 滤波器的仿真设计 本章介绍有源带通滤波器的Multisim仿真、设计、PCB过程。 3.1 Multisim仿真 1、电路原理图 图3-1 频率特性的虚拟测量 2、有源带通滤波器频率特性的虚拟测量结果如下: 4 图3-2 频率特性的虚拟测量 3.2 PCB图 图3-3 PCB图 5 4 滤波器电路的制作 滤波器电路的制作主要包括了PCB板的制作、电路焊接、调试等过程。下面作分别介绍。 4.1 PCB板的制作 PCB板的制作过程:印制、腐蚀、钻孔 1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来. 2、裁剪覆铜板,将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 3、用细砂纸把覆铜板 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的是板面光亮，没有明显污渍。 4、将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。由于温度很高，操作时注意安全～ 5、腐蚀线路板。先检查一下电路板是否转印完整，然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1:2:3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时要注意安全。 6、线路板钻孔，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，操作钻机还是比较简单的，细心就能完成得很好。 4.2 电路焊接 1、准备焊接: 清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。 2、加热焊接: 6 将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。 3、清理焊接面: 若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上),用光烙锡头“沾”些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头“蘸”些焊锡对焊点进行补焊。 4检查焊点: 看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。 4.3 电路调试 电路焊接完毕后就开始进行电路的调试，首先将电路板接通+12V的直流电源(由于是单电源电路，所以直接通+12V电源即可)，地线接地。这时先用万用表测量ua741cn芯片的各个脚的静态工作点，此时记下。测完后，输入端接入幅值为1V、频率为大概40KHz的输入信号，输出端接到示波器，观察出现一条正弦信号波形，峰-峰值大概为0.65V，然后从1KHz开始每隔5KHz进行逐点测量，记录下输出信号的数值。 4.4 电路样品 实物照片(正、反面) 7 8 5 滤波器电路测量 本章通过对滤波器电路进行静态工作点测量，以及频率特性扫频法定性观 测和逐点法定量测量。 5.1静态测量 引脚 电压 引脚 电压 1 -12 5 -12 2 0 6 0 3 0 7 12 4 -12 8 0 5.2扫频法定性观测 图5-1 幅频特性的扫频法定性观测 9 5.3逐点法定量测量 f(kHz) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 Ui(V) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uo(V) 0.065 0.27 0.44 0.55 0.61 0.64 0.65 0.65 0.65 0.64 0.61 H=Uo/Ui 0.065 0.27 0.44 0.55 0.61 0.64 0.65 0.65 0.65 0.64 0.61 F(kHz) 70 80 90 100 110 120 130 140 200 300 500 Ui(V) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uo(V) 0.58 0.56 0.53 0.5 0.48 0.45 0.43 0.41 0.31 0.2 0.11 H=Uo/Ui 0.58 0.56 0.53 0.5 0.48 0.45 0.43 0.41 0.31 0.2 0.11 (测量数据表) (描绘幅频特性曲线图) 确定电路的上、下限频率。 10 6 结 论 通过本次试验，我从一个更高的角度，对工程的设计、操作、调试到最终成功都有了一个全面的了解，在锻炼了动手能力的同时提高了我对于工程实现的理解，与此同时让我对PCB制版有了一个更加全面的了解，让我将上学期上的petel课关于PCB制版，有了一个融会贯通的体验，相信对我的实验能力是一次极大地提高。 11 参考文献 [1] 刘刚等编著，Multisim&Ultiboard 10 原理图与PCB设计[M](北京:电子工业出版社，2009( [2] 赵景波等编著,电路设计与制版--Protel2004[M].北京:人民邮电出版社，2009( [3]邱关源, 电路(第5版)[M].北京:高等教育出版社，2006( 12