高阶有源带通滤波器

高阶有源带通滤波器 《模拟电子技术》课程设计说明书 高阶有源带通滤波器 学 院: 电气与信息工程学院 学生姓名: 指导教师: 张松华 职称 副教授 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 学 号: 完成时间: 2015年6月26日 摘 要 滤波器在现实生活中非常重要，运用广泛，在电子工程、通讯工程、自动化控制等技术领域，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，用集成运放可以很方便地构成各种滤波器。用集成运放实现的滤波器与其他滤波器相比有许多独特的优点。因为不需要使用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大的缺点。由于运算放大器的增益和输入电阻高，输出电阻低，所以能够提供一定的信号增益和缓冲作用，从而提高了滤波电路的稳定性和实用性。 论文根据对滤波器的原理设计了一个通带为400Hz、中心频率为1000Hz、增益为2-3的高阶有源带通滤波器。在确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 后，首先计算出该方案所需要 Multisim的电阻、电容、运算放大器参数，并且通过软件仿真对设计方案进行可行性分析。然后进行电路板的制作，焊接。最后对实物进行了调试，将实际设计的滤波器与仿真结果;测试结果进行比较，分析误差产生的原因。电路仿真和调试结果表明，设计的高阶有源带通滤波器实现了对通带范围内的信号进行放大，对通带范围外的信号进行衰减，达到了带通滤波效果。 Multisim关键词 :有源;高阶带通滤波器;运算放大器;仿真 目 录 1概述 ...............................................................1 1.1滤波器的简介以及功能..........................................1 1.2模拟滤波器的传递函数与频率特征................................2 1.2.1模拟滤波器的传递函数 ....................................2 1.2.2模拟滤波器的频率特征 ....................................3 1.3滤波器的主要特性指标..........................................3 1.3.1特征频率 ................................................3 1.3.2增益与损耗 ..............................................4 1.3.3阻尼系数与品质因数 ......................................4 2方案设计 ...........................................................5 2.1滤波器设计方案确定............................................5 2.1.1滤波器总体设计思路 ......................................5 2.1.2二阶低通滤波器 ..........................................6 2.1.3二阶高通滤波器 ..........................................6 2.2直流稳压电源的设计............................................7 2.2.1直流稳压电源设计原理 ....................................7 2.2.2设计电路的确定 ..........................................8 3电路元器件计算及选取 ..............................................10 3.1芯片的选取...................................................10 3.2低通滤波器部分...............................................10 3.3 高通滤波器部分 ..............................................11 3.4直流稳压电源参数选取.........................................12 3.4.1稳压器的选取 ...........................................12 3.4.2整流滤波电路的参数选取 .................................13 4仿真测试与性能分析 ................................................15 4.1仿真原理图...................................................15 4.2幅频特性分析.................................................15 4.3仿真误差分析.................................................16 5 电路板制作与调试..................................................19 5.1PCB板的制作..................................................19 5.2焊接.........................................................19 5.3调试.........................................................19 5.4结果分析.....................................................21 结束语..............................................................22 参考文献............................................................23 致 谢..............................................................24 附 录..............................................................25 附录A 元器件清单................................................25 附录B 电路原理图................................................27 附录C PCB电路图 ................................................28 附录D 实物图....................................................28 1概述 1.1滤波器的简介以及功能 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是:让有用信 号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个信号输入端，一个信号输出端，利用这个特征可以将通过滤波器的方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网络，可使混合 ，，的交直流电流分开。对于低通滤波器，将低于某一频率的所有信号予以,c,c,,c 传送，而无任何失真，将频率高于这一频率的信号完全衰减，这一频率，，,c,c,,c ,c称为截止频率，高通滤波器则相反;带通滤波器要求带通系统的幅频特性在带 ,o通内为常数，相频特性为通过载频点的直线。理论上，在通带内电压增益为常数，阻带内的电压增益为零;实际上，通带和阻带间存在一定频率范围的过渡带。滤波器在近代电信设备和各类控制系统中应用极为广泛。那么滤波器有时如何工作的呢, 这就涉及到滤波器的工作原理了。一个理想的带通滤波器应该有一个平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围内完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但没有完全被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。带通滤波器是由高通RC环节组成。带通滤波器只允许在某一个通带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低或者比上线频率干的信号均加以衰减或抑制。值得注意的是要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上线截止频率。典型的带通滤波器可以有RC低通滤波器和RC高通滤波器串联而成，从而实现了带通滤波的要求。 滤波器的种类很多，具体可以按照以下几种方式来分类: 按处理信号形式分:模拟滤波器和数字滤波器; 按所通过的信号的频段:低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器; 按所采用的元器件:LC无源滤波器、RC无源滤波器、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器其中RC电路中又包括有压控电压源电路和无限增益多路反馈电路; 1 按传递函数的微分方程阶数分:一阶滤波器、二阶滤波器、高阶滤波器。在 此次课程设计中，采用的是以RC有源滤波器为基础设计的高阶有源带通滤波器。 1.2模拟滤波器的传递函数与频率特征 1.2.1模拟滤波器的传递函数 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。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但是因为受预算放大器频带限制，这类滤波器主要适用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可以分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)等滤波器。 由于具有理想幅频特性的滤波器很难实现，只能用实际的幅频特性逼近。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然，滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速度越开，但是RC网络的节数越多，元器件参数的计算就会越来越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用若干个一阶与二阶滤波器级联实现。因为任意个线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。 传递函数用来描述模拟滤波电路的特性。传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。表一为二阶RC滤波器的传输函数的汇总表。 表1 二阶RC滤波器的传输函数 类型 传输函数 性能参数 2VAwc Q——等效品质因数 wc 低通 22s，s，wcQ ——电压增益 Av2VAs wc 高通 22s，s，wcwc——低、高通滤波器的截Q 止角频率 w0AsVQw0——带阻塞、带阻滤波器 带通 wc22s，s，wc的中心角频率 Q 22V0AYs，wYBW——带通、带阻滤波器的 wc 带阻 22s，s，wc带宽 Q 2 1.2.2模拟滤波器的频率特征 模拟滤波器的传递函数表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。若滤，，,s ，，波器的输入信号是角频率为的单位信号，滤波器的输出会随Ui，，Uoj,,,j,, 输入信号的不同频率而变化，称为滤波器的频率特性。 频率特性是一个复函数，其幅值，，称为幅频特性，其幅角表A,，，，，,j,,,示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性。 低通滤波器的频率特性曲线如图1所示，高通滤波器的频率特性曲线如图2所示，带通滤波器的频率特性曲线如图3所示。课程小组的这次课程设计，采用低通滤波器串联一个高通滤波器构成一个高阶有源带通滤波器。 图1 低通滤波器 图2 高通滤波器 图3 带通滤波器 1.3滤波器的主要特性指标 1.3.1特征频率 fp,,p/2,?通带截频为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 fp,,p/2,?阻带截频为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。 1fc,,c/2,?转折频率为信号功率衰减到(约为3dB)时的频率，在很多情2 况下，常以作为通带或阻带截频。 fc 3 ?固有频率为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往fo,,o/2, 往有多个固有频率。 800Hz~1200Hz此次课程小组设计的高阶有源带通滤波器，由一级二阶低通滤波电路和一级二阶高通滤波电路串联组成。可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波器的截止角频率大于高通滤波电路的截止角频率。它能抑制低于FHFL 以下和高于的信号。 800Hz1200Hz 1.3.2增益与损耗 滤波器在通带内的增益并非常数。 ?对低通滤波器通带增益一般指时的增益;高通指时的增 Kp,,,,,0 益;带通则指中心频率处的增益。 ?对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。 ?通带增益变化量指通带内各点增益的最大变化量，如果以为,Kp,KpdB单位，则指增益值的变化量。 dB 此次设计的高阶有源带通滤波器的增益为，满足要求。 Av,2.515 1.3.3阻尼系数与品质因数 信号的阻尼作用，是滤波器中表示能阻尼系数是表征滤波器对角频率为,0 量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数，是高阶带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，。式中的为带通或带阻滤波器的Q,,0/,,,,3dB带宽，为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。 ,0 此次课程小组设计的高阶有源带通滤波器选取的品质因数，选择Q,0.707 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的品质因数以减少实验误差。 4 2方案设计 2.1滤波器设计方案确定 2.1.1滤波器总体设计思路 设计滤波器时，课程小组主要从以下几个方面入手: ?设计原理:系统框图如图4所示，需要构成一个带通滤波器，两端都需要有截止频率，所以设计的是一个低通滤波器与一个高通滤波器的串接。 图4 设计原理及框架 ?在低频滤波器中，品质因数对电路幅频特性有很大的影响，如图5所示。 图5 幅频特性与Q的关系 5 在图5中，不难看出当Q小于0.707时，曲线没有峰值，滤波器在通带处就出现了衰减，且Q值越小，幅频特性下降的越快。当Q大于0.707时，幅频特性曲线会出现峰值，且Q值越大，峰值越高，过渡带衰减速度越快。只有当Q等于0.707时，幅频特性曲线最平坦，且频域下降最小，滤波效果最好。所以课程小组选择Q值为0.707时设计电路，减小设计误差。 ?在巴特沃斯低通高通电路阶数n与增益G的关系如表2中可知它的增益只能达到1.586，一个低通与一个高通电路进行级联增益为2.515，所以带通滤波电路看成两部分，分别求出两部分电路元件参数，放大倍数也分成两部分;AVAv1 2。即两部分相乘， ，基本达到设计要求。课程小组AV,(1.586),2.515AVAV2 在设计电路时应先计算好电阻，电容值。 表格2 巴特沃斯低通高通电路阶数n与增益G的关系 阶数n 2 4 6 8 增益G 一阶 1.586 1.152 1.068 1.038 二阶 2.235 1.586 1.337 三阶 2.483 1.889 四阶 2.601 2.1.2二阶低通滤波器 二阶有源低通滤波基础电路有一节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率时(为截止频率)，电路的每级RC电路的相f,,f0f0 ,,移趋于，两级RC电路的移相到，电路的输出电压与输出电压的相位相,,2 反，故此时通过电容C引起集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减少，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频段迅速衰减，只允许低频端信号通过，其特点是输入阻抗高，输 800Hz~1200Hz出阻抗低。由滤波器的指标要求可知，带通范围是，所以所设计的低通滤波器的截止频率为。 由于低通滤波器采用压控电压源电路比较1200Hz 容易实现，增益也很好调，所以本次电路设计采用压控电压源电路。压控为同相输入接法，此滤波器输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。 2.1.3二阶高通滤波器 二阶有源高通滤波器电路中机引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率 Up(s)趋于0时，反馈很弱;当信号频率趋于无穷大时，由于RC的电抗很大，因而 f,f0趋于0。所以，只要正反馈引入得当，就可能在时使电压放大倍数数值增加，又不会因为反馈过强而产生自激振荡。同相输入端电位控制有集成运放和组成R1、R2的电压源，股称为压控电压滤波电路。同时该电路具有增益稳定，频率范围宽等优点，电路中C、R构成反馈网络。 6 800Hz~1200Hz由滤波器的指标要求可知，带通范围是，所以设计的高通滤波器的低边截止角频率为。 800Hz 根据要求及设计表设计方案如下:低通部分选择压控电压源电路的增益值为1.586;高通部分选择压控电压源电路，增益为1.586;然后将两者级联。 2.2直流稳压电源的设计 2.2.1直流稳压电源设计原理 直流稳压电源的工作流程如下: 图6 直流稳压电源的设计电路框图 图7 直流稳压电源的方框图 结合图6、图7可以得出直流稳压电源的工作原理:电路接入幅值为220V、 u1频率为50Hz的，通过电源变压器，将220V的电压幅值调整为合适的电路工作 u2压值。通过电源变压器输送过来的交流电，再通过桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，电容C就起到这个作用;对于要求不高的电路，经过滤波后的直流电压可以直接应用，对于一些要求比较高的电路。需要在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如集成稳压器LW7815和LW7915。一般来说，滤波电容的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于引C1 入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，在电容C旁并联一只小容量电容器，就可有效地抑制高频干扰。另外，稳压器在开环增益较高、C2 C1、C2负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，则兼有抑 C3、C4制高频振荡的作用。输出端接入电容器，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。 7 2.2.2设计电路的确定 ?整流电路的确定 由于半波整流电路只利 用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。而全波整流电路需要特制的变压器，制作起来比较麻烦，于是选用一种桥式整流电路。这种整流电路使用普通的变压器，但是比全波整流多用了两个整流二极 管。由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。电路图和波形如图8、图9所示。 图8 桥式整流电路图 图9 整流波形图 ?滤波电路的确定 滤波电路选择电容滤波电路，电容滤波电路图如图10所示，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容充C1电，由于充电时间常数很小，所 以充电速度很快;在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在还没有完全放C1C1电时再次开始进行充电。这样通过电 容的反复充放电实现了滤波作用。滤波C1 电容C1两端的电压波形见图11。 8 图10 电容滤波电路图 图11 电容滤波器波形图 ?稳压带路的确定 因为集成稳压器使用比较方便，所以稳压电路采用LM78系列的集成稳压器 进行稳压。 9 3电路元器件计算及选取 3.1芯片的选取 要选择一种集成运放，首先要考虑到它的通频带是否满足本设计的要求。UA741作为通用运放，能满足要求，UA741引脚图实物图如图12所示。部分参数如下所示: (a)UA741引脚分布图 (b)UA741电路分布图 (c)UA741引脚实物图 图12 UA741芯片图形 3.2低通滤波器部分 先确定电容的大小带能够进行后续的参数计算，查找出滤波器工作频率与电容取值的对应表如下表3所示: 表3 滤波器工作频率与电容取值的对应表 (1~10)K(10~100)Kf(H)10~100100~1K C(F) 0.1~0.010.01~0.0010.001~0.0001 10~0.1 f,1200Hz 根据截止频率从表3中选定一定电容C的标称值C,C1,0.01uF，由公式 11C,,W (1)1122RCRC f,WC/2,,1200,z (2) 10 设定低通和高通的 R1,R2,C1,C2,R3,R4,C3,C4; 由式 (1)和(2)得式(3) (3) 2,f,1/RC C1,C2,0.01uFR1,R2,13.27K, 所以低通滤波器电路中，因此 由于增益 AV,1，R8/R7,1.586 (4) 且运放同相端与反相端的对地直流电阻相等 (5) R1，R2,(R7，R8)/(R7，R8) 所以可得 R7,70.368K,R8,41.236K, ， (6) 电路设计图如图13所示。 图13 低通滤波器设计图 3.3 高通滤波器部分 根据截止频率从表2中选定一定电容C的标称值，所以 f,800Hz C3,C4,0.01uF (7) 2,f,1/RC 同理可得 (8) 联立(7)式(8)式可得(9)式为高通部分电阻取值 R3、R4 R3,R4,19.9K, (9) 由于增益 AV,1，R9/R10,1.586 (10) 且运放同相端与反相端的对地直流电阻相等，可得式(11) R4,(R5，R6)/(R5，R6) (11) 所以可得电阻的取值 R5、R6 R5,31.72K,R6,54.129K, ， (12) 11 电路设计图如图14所示。 图14 高通滤波器电路设计图 设计完高通滤波器和低通滤波器，则只需要把两个电路串接到一起即可构成带通滤波器，带通滤波器的电路图如图15所示。 图15 高阶有源带通滤波器电路设计图 3.4直流稳压电源参数选取 3.4.1稳压器的选取 在这次稳压电源的制作中，课程小组采用的是LW78系列的稳压器。LW78系列的稳压管内部结构与引脚分布如图16、图17所示。因为设计的稳压电源需要能够输出电压为?12V、?9V 、?5V，相应的选择LM7812、LM7809、LM7805、LM7912、LM7909、LM7905。 12 图16 LM78系列输出电压固定的三端集成稳压器 图17 LM7805引脚分布图 3.4.2整流滤波电路的参数选取 在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交 u3u2流电压变换成脉动的直流电压。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉 u3u1u1动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。与交 u2u2流电压的有效值的关系如式(13)所示: U,(1.1~1.2)U (13) I2 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压如式(14)所示: (14) U,2URM2 流过每只二极管的平均电流如式(15)所示: 0.45IUR2,,I (15) D2R 其中:R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间 13 常数RC应满足式(16): 3~5T，， (16) RCL,2 其中:T = 20ms是50Hz交流电压的周期。 电路要求输入电压为有效值220V、50HZ的市电交流电压，电源输出电压为?12V、?9V 、?5V。最大输出电流为，纹波电压，,U,5mAIOmax,500mA0p,p稳压系数。 S,5%v (17) ,U,U,U0p,pI0 求解稳压系数的公式如式(18)所示。 I,常数oUU,,0I (18) S,vUU0IT,常数 求解滤波电容的公式如式(19)所示。 TI,0maxItc2 (19 )C,,,U,UII 化简得滤波电容的表达式如式(20)所示。 5TC,2R (20) 式中R为C右边的等效电阻，应取最小值，T为电流电源的周期。R最小LL值可由公式(21)得出。 22UminL,R (21) 0maxI RLmin,33,RLmin,33,将T=20ms,I=500mA代入式(21)，可得。将，max T=20ms再代入(20)式，解得C=1515μF。由此可见，C容量较大，应选电解电容，实际容量选4700μF，其耐压值为35V。 (2)消振电容:消振电容靠近滤波器，起消振作用，一般选择消振电容电容值为0.01μF。 (3)旁路电容，当输出电压升高时，可进一步抑制纹波，防止纹波的放大，一般选择旁路电容电容值为220μF。 由此可见，在滤波电路的设计中采用了一个、两个、一个104uF4700uF 220uF四个电容。 14 4仿真测试与性能分析 4.1仿真原理图 高阶有源带通滤波器不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面,但因受运算放大器的频带限制，这类滤波器主要用于低频。 图18 带通滤波器仿真原理图 4.2幅频特性分析 通过仿真测试增益最高点以及两个点， 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 数据进行可行性分析。 ,3dB f,998.871Hz如图19所示，为增益最高点时的幅频特性。此时频率，增益 5.052dB到最大处是。基本符合设计要求，这就能够开展后续测试。 (f,1000Hz)图19 高阶有源带通滤波器的中心频率 紧接着测试下限频率，如图20所示，为左边的点，即高阶有源带通滤,3dB 15 f,623.551Hz2.198dB波器的下限频率点。此时，增益为，误差较大。 (f,800Hz)图20 高阶有源带通滤波器的下限频率 f,1.599kHz然后测试右边点，即上限频率点。如图21所示，此时，,3dB 1.915dB增益为，误差较大。 (f,1.2kHz)图21 高阶有源带通滤波器上限频率 通过仿真可以看出误差较大，确定电路无误后，课程小组展开了误差分析。 4.3仿真误差分析 仿真结果与理论值有出入，课程小组通过网上查阅资料得到一个结论:有一个高通滤波器和低通滤波器串接而成的高阶有源带通滤波器增益存在衰减，一般衰减左右，原因是两个电路相互影响。于是将设计电路中的低通滤波器和高3dB 通滤波器单独拿出来进行仿真验证此结论。分析结果如下所示。 低通滤波器的幅频特性曲线如图22所示，在幅频特性曲线中可以看出，当 f,1.24kHz增益下降到低通滤波器的点时，频率为，符合设计要求。 ,3dB 16 图22 低通滤波器仿真结果 低通滤波器的幅频特性曲线如图23所示，在幅频特性曲线中可以看出，当 f,787.637Hz增益下降到高通滤波器的点时，频率为，符合设计要求。 ,3dB 图23 高通滤波器仿真结果 图24 高阶有源带通滤波器中低通部分的幅频特性 17 图25 高阶有源带通滤波器高通部分的幅频特性 单独的一个低通或高通滤波器的仿真结果都是正确的，但是将两个电路串接到一起再测两个滤波器的幅频特性，问题就出来了。如图24、图25是对高阶有源带通滤波器的高通和低通部分进行测试得到的仿真图。比较图24、图25不难看出，低通和高通部分都出现了衰减。造成实验结果的偏差。 18 5 电路板制作与调试 5.1PCB板的制作 Multisim根据仿真原理图，在AD软件中画出PCB原理图，这个过程中，因为原理图中设置的电阻值在现实生活中没有与之相匹配的电阻，所以课程小组将所有电阻的封装改成电位器，方便后续电路的调试。将PCB原理图导入生成PCB图，经过AD布线,连线画出PCB图。PCB图将打印转录到万用板上，经过腐蚀打孔，一块PCB板就制作成功了。在电阻阻值这个问题的处理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 上，课程小组选择了比较明智的方法，也是此次课程设计的一个亮点。 5.2焊接 焊接的技巧就是先低后高，先简后繁，一点就收。课程小组采用的方法是点焊，烙铁的温度很高，接触久了以后就会融化焊盘导致接触不良等问题。焊接过程中，需要先焊接较短小的元器件，以及引脚较少的元器件。再焊一些较大的元器件，这样可以保证焊制的电路整齐美观。 5.3调试 调试是最关键的一步，课程小组在第一次调试时，因为将万用表的红黑表笔接反，导致测量直流稳压电源的电压时，读数与实际读数相反。直接烧毁了电路板的两块芯片。经过修改后才成功调试出来。仿真结果与理论值有些许出入，所以课程小组在调试过程中将阻值进行了微调，终于达到了实验要求。调试所得的波形图如图27、28、29所示。 f,753Hz图27调试的下限频率 19 f,1016Hz图28 调试的中心频率 f,1359Hz图29 调试的上限频率 因为调试时进行了微调，所以课程小组进行了数据的记录，如表4所示。 表4 频率与增益的误差分析表 f(Hz)Av(dB) 频率 增益 理论值 实际值 误差 相对误差 理论值 实际值 误差 相对误差 800 753 47 5.8% 5.01 5.2 0.19 3.7% 1000 1016 16 1.6% 8.01 7.23 0.78 9.7% 1200 1359 159 13.2% 5.01 5.48 0.47 9.3% 20 5.4结果分析 微调后的电路基本上达到了实验要求，为什么会产生误差。对此，课程小组分析出了以下几点原因: ?PCB板本身就带有寄生电容，电感和分布电容，虽然这些值很小。但是很可能会影响到电路的结论; ?运算放大器的内部结构对电路可能存在影响; ?电路中电阻，电容的值因为工业原因无法与理论值一致; ?低通滤波器与高通滤波器串接会相互影响，从而影响实验结果; ?信号发生器产生的信号存在误差影响实验结果; ?接示波器时，由于外界的干扰影响到实验结果。 此次课程设计，课题给出的通带要求比较窄，这也是实物调试时比较困难的因素，带宽太窄，对电路的精确的的要求就比较高，这些外在因素是无法避免的，总的来说，此次课程设计还是比较成功的。 21 结束语 经过两个星期的奋战，课程小组完成了从无到有的飞跃。虽然说高阶有源带通滤波器这个课题原理不是很复杂，内容不是很难，但是真正开始动手的时候，课程小组成员都感到一阵头疼，紧接着就是一阵迷茫。还好没有被吓倒，小组成员开始收集资料，从零开始，结合上课所学习的理论知识开始设计实验电路。摸索的过程无疑是很苦的，但是皇心不负苦心人，经过多次失败，课程小组终于设计出了实验电路并进行了参数的计算和选择。但这仅仅只是一个开始，转化成实物是一个最大的问题，也是此次课程设计中的难题。在失败中摸索，在失败中前进，终于学会使用AD软件，并画出了PCB图，这是一大进步。经过一系列的操作，做出了实物，从无到有，这种成就感是全所未有的。但是仿真结果与理论计算值有一定的误差。为解决这个问题，小组又开始了探索道路。查找资料，对比书本例题，还是没有解决问题。只有寻求张老师的帮助，老师给出建议是，作出实物才能够对症下药，解决问题。 然后进行了焊接调试，此次设计的电路调试比较方便，经过微调后，顺利的解决了仿真遇到的问题。这说明课程设计有时候不要过于纠结仿真结果，不要忘记还有实物调试。只有实物在手才能够好好修改。这次设计给小组成员留下了太 Multisim深刻的印象了。学会软件、AD软件的使用，学会了如何设计电路等等。这次课程设计也加深了小组成员对模电这门课程的理解。不屈不挠，迎难而上，小组成员齐心协力，终于完成了这次课程设计。 22 参考文献 [1]熊幸明.电工电子实训教程[M].北京:清华大学出版社，2007.266~281，312~314 [2]曹才开.电路与电子技术试验[M].长沙:中南大学出版社，2006.128~130，159~160 [3]谢自美.电子线路设计?实验?测试(第三版)[M].武汉:华中科技2002.145~155 [4]康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:华中科技大学电子技术课程组编, 高等教育出版社，2006.414~429 23 致 谢 首先感谢学校能够给我们提供这么好的一次机会来实践，学校的大力支持，开放实验室，为此次设计带来了许多方便。 这次课程设计尤其要感谢的是课程小组指导老师张松华张老师。每次小组成员研究电路遇到问题时，张老师都会认真仔细的讲解，不厌其烦。没有张老师，就不会有此次成功的课程设计。在此再次感谢张老师的教导。 24 附 录 附录A元器件清单 高阶有源带通滤波器元器件清单 元件序号 型号 设计参数 标称值 误差 数量 备注 运算放大U1U2 U3 UA741 2 器 ，，电阻 R1 R2 13.27 kΩ 14.2 kΩ -0.93 11 电阻 R5 31.72 kΩ 34.8 kΩ -3.08 1 电阻 R6 54.129kΩ 50 kΩ 4.129 1 ，电阻 R3,R4 19.9 kΩ 17kΩ 2.9 11 电阻 R7 70.368kΩ 63.2 kΩ 7.168 1 电阻 R8 41.236kΩ 43.3 kΩ -2.064 1 ，电容 C1,C2 0.01μF 0.01μF 0 11 电容 C3,C4 0.01μF 0.01μF 0 1, 1 25 直流稳压电源电路元件清单 元件 型号 数量 双15V变压器 1 电源芯片 7812,7912,7809,7909,7805,7905 6 发光二极管 6 散热片 6 6脚开关 1 电容 0.01μF 8 电解电容 220μF 6 电解电容 4700μF 2 桥式整荡器 1kΩ 1 插头 1 排针 8 电阻 1kΩ 2 电阻 680Ω 2 电阻 470Ω 2 26 附录B电路原理图 高阶有源带通滤波器原理图 直流稳压电源原理图 27 附录C PCB电路图 高阶有源带通滤波器PCB图 直流稳压电源PCB图 28 附录D实物图 高阶有源带通滤波器实物图 直流稳压电源实物图 29