电气工程学院
源低通滤波器 课程设计
设计题目: 源低通滤波器设计
学 号:
姓 名:
组 :
指导教师:
设计时间: 2012年X月X号
设计点: 电气学院实验中心
源低通滤波器 课程设计成绩评定表
姓 名
学 号
课程设计题目:
源低通滤波器设计
课程设计答辩提问记录:
成绩评定:
课程设计预报告方案设计情况(30%):
课程设计考勤情况(15%):
课程设计调试情况(30%):
课程设计总结报告答辩情况(25%):
终评定成绩(优良中格格评定)
指导教师签字:
年 月 日
源低通滤波器 课程设计务书
学生姓名: 指导教师:
课程设计题目:
源低通滤波器设计
二课程设计求
1 根具体设计课题技术指标定条件独立进行方案证电路设计求概念清楚方案合理方法正确步骤完整
2 查阅关参考资料手册正确选择关元器件参数设计方案进行仿真
3 完成预报告报告中设计方案设计电路图仿真结果
4 进实验室进行电路调试边调试边修正方案
5 撰写课程设计报告——终电路图调试程中遇问题解决问题方法
三进度安排
1.时间安排
序 号
容
学时安排(天)
1
方案证系统设计
1
2
完成电路仿真写预报告
1
3
电路调试
2
4
写设计总结报告答辩
1
合 计
5
设计调试点:电气楼410
2.执行求
课程设计5选题组超2求学生教师指导独力完成设计详细电路(包括计算器件选型)严禁抄袭严禁两篇设计报告雷
摘
滤波器信号频率具选择性电路功特定频率范围信号通源滤波器广泛信息处理数传送等电路中二阶源低通滤波器原理进行分析基础采22阶低通滤波电路级联方案设计基巴特沃斯逼4阶源低通滤波器Multisim软件中虚拟示波器波特图示仪等设备设计滤波器交流特性进行仿真仿真结果进行分析交流特性符合理设计具定参考价值
关键词:滤波器源低通巴特沃斯multisim
Abstract
Abstract:Filter is the circuit which has a selective for the frequency of signalsits function is to make a specific range offrequency through.Source filter is widely used for information processing and data transmission circuit.Based on the analysis of principle of 2nd Source low passed filterby using the Scheme of cascading two 2nd source lowpassed filter and themethod of examining the tablethe 4nd source lowpassed filter based on Butterworth is designed.By using the oscilloscopeand Bode plotter in Multisim the AC Features of this Filter was Simulatedand the sim ulation results were analyzedit SAC features met with theory design and has certain reference value.
Key words Source low—passed filterButterworthMultisim
目录
摘 3
Abstract 3
目录 4
第章 系统方案设计 1
11 滤波器介绍 1
12 源低通滤波器设计求 1
121设计容 1
122设计求 1
123元器件 1
124考核标准 1
13芯片介绍 2
14源低通滤波器设计原理 2
15源低通滤波器设计方案 3
第二章 仿真 5
21仿真电路图 5
22 仿真结果分析 5
221瞬态特性分析 5
222频率特性分析 7
第三章 电路调试 10
3.1实物面包板图 10
3.2调试终元器件阻值 11
3.3 PCB制版 12
第四章 结 13
第五章 心体会建议 14
参考文献 15
附录1:元器件清单 16
第章 系统方案设计
11 滤波器介绍
滤波器信号频率具选择性电路功特定频率范围信号通阻止频率信号通源滤波器具设计标准化模块化易制造等优点广泛信息处理数传送抑制干扰等电路中
低通滤波器分源源两种源滤波器电感电容电阻构成受尺寸实际性限制电感某频率范围太适年种趋 模拟电感效应源器件代电感
种低通原型滤波器现代网络综合法设计滤波器基础种低通高通带通带阻滤波器根特性推导出正滤波器设计简化精度提高
理想低通滤波器应该低截止频率信号损通高截止频率信号应该限衰减幅频特性曲线呈现矩形称矩形滤波器(brick wallfilter)遗憾理想特性法实现设计力图逼矩形滤波器特性已根选逼函数 响应然逼函数种样考虑实际电路需求通常会选巴特沃斯响应切雪夫响应
巴特沃斯响应带通滤波器具坦响应特性切雪夫响应带通滤波器具更陡衰减特性具体选种特性需根电路系统具体求定
12 源低通滤波器设计求
121设计容
设计源低通滤波器
122设计求
求截止频率20k赫兹
123元器件
① 运算放器LM324二片
② 9012三极
③ 9013 三极
④ 电阻干
⑤ 电容干
124考核标准
① 预方案报告
② 独立设计
③ 独立调试
④ 验收
⑤ 设计报告(含PCB图原理图)
13芯片介绍
LM324系列器件带差动输入四运算放器单电源应场合标准运算放器相显著优点该四放器工作低30伏者高32伏电源静态电流MC1741静态电流五分模输入范围包括负电源消许应场合中采外部偏置元件必性组运算放器图1示符号表示5引出脚中+两信号输入端V+V正负电源端Vo输出端两信号输入端 中Vi()反相输入端表示运放输出端Vo信号该输入端位相反Vi+(+)相输入端表示运放输出端Vo信号该输入端相位相
图1 LM324脚连接图
14源低通滤波器设计原理
次设计选取选取巴特沃斯滤波器特点通频带频率响应曲线限度坦没起伏阻频带逐渐降零 振幅数角频率波特图某边界角频率开始振幅着角频率增加逐步减少趋负穷
阶巴特沃斯滤波器衰减率倍频6分贝十倍频20分贝二阶巴特沃斯滤波器衰减率倍频12分贝 三阶巴特沃斯滤波器衰减率倍频18分贝类推巴特沃斯滤波器振幅角频率单调降唯阶数振幅角频率曲线保持样形状滤波器滤波器阶数越高阻频带振幅衰减速度越快滤波器高阶振幅角频率图低级数振幅角频率形状
巴特沃斯低通滤波器方幅度响应
中n滤波器阶数Wc低通滤波器截止频率
图2展示2阶4阶8阶巴特沃斯低通滤波器幅频特性见阶数n越高幅频特性越低频检测信号保真度越高
图2 巴特沃斯幅频滤波器幅频特性
15源低通滤波器设计方案
4阶源低通滤波器22阶低通滤波器级联组成基电路图图3示设计4阶巴特沃思低通滤波器传递函数22阶巴特沃思低通滤波器构成14阶巴特沃恩低通滤波器传递函数:
简化计算参数满足条件:
选取C001uF算R796 Ω
4阶巴特沃思低通滤波器2阻尼系数:07651848算两零频增益:
传递函数:
选择两2阶巴特沃斯低通滤波器级联组成增益分:
第级选取R361KΩR4927KΩ
第二级选取R720KΩR4247KΩ
图3 4阶巴特沃斯低通滤波器基电路
第二章 仿真
21仿真电路图
根14设计方案选择合适元器件利multisim进行仿真仿真电路图图4示
图4 multisim仿真电路图
22 仿真结果分析
221瞬态特性分析
示波器观测电路瞬态仿真特性连接图示
图5 利示波器观察瞬态特性
输信号2V1KHz时输入输出波形图6示幅值放2.6倍信号频率调整10 kHz发现图7中波形仅幅值已明显衰减相位发生变化明显出该滤波截止频率信号较强抑制作输入信号变成50KHz时图8中输出信号衰减0
图6 fi1kHzVi25V时示波器观察结果
图7 fi20kHzVi25V时示波器观察结果
图8 fi50kHzVi25V时示波器观察结果
222频率特性分析
利波特仪观察输入信号输出信号见频率特性接法图9示
图9 利波特仪观察瞬态特性
电路滤波器放2.6倍图10出应数坐标8.219dB减3dB应截止频率波特图仪应截止频率坐标应5.219dB观察图11该滤波器截止频率约20454 kHz理计算值相符频率开始出现衰减时候观察图12知开始频率约16832左右频率调整60583kHz时图13示应坐标约等31974dB见该滤波器效衰减高频信号具良滤波特性
图10 波特仪幅频特性分析结果1
图11 波特仪幅频特性分析结果2
图12 波特仪幅频特性分析结果3
图13 波特仪幅频特性分析结果4
第三章 电路调试
3.1实物面包板图
根实验方案仿真终连成面包板整体图14示图15滤波器部分放模型
图14实物面包板整体电路图
图15实物面包板滤波器部分放图
部分详细功图16示
图16 实物面包板详细功图
3.2调试终元器件阻值
安装电路方法进行调整测试:
(1)仔细检查装电路确定元件导线连接误接通电源
(2)电路输入端Vi1V正弦信号慢慢改变输入信号频率示波器观察输出电压变化滤波器截止频率附观察电路否具滤波特性没滤波特性应检查电路找出障原排
(3)电路具滤波特性进步进行调试观测截止频率否满足设计求满足设计求应根公式确定应调整元件截止频率达设计求会指标参数产生影响然观测电压放倍数否满足设计求达求应根相关公式调整关元件达设计求 通测试设计值点电路板结果电路板进行修正达设计求
实验中利820Ω电阻代796Ω电阻61kΩ电阻10Ω51Ω电阻串联成20Ω电阻两10Ω电阻串联成时测试程中通调节滑动变阻器反复观测输出波形频率变化终确定R4783kΩR82018kΩ然仿真结果偏差实验结果满足求元件阻值图17示
图17 终电路元器件阻值
3.3 PCB制版
利altium designer进行PCB制版绘制电路板流程:设计原理图sch→→改变封装→→绘制pcb板→→布局布线→→印pcb图纸→→印制铜板→→腐蚀铜板→→钻孔→→焊接元器件→→测板→→修改电路→→测试(直符合设计求)PCB板模型图1819
图18 PCB印刷电路板正面
图18 PCB印刷电路板反面
第四章 结
实验仿真结果图示f83714kHz时Vo380V图19示通计算截止频率时Vo380*0707V268V图20知实验结果非常准确真实截止频率理想截止频率20kHz
图19 fi83714kHzVo380V时输出波形图
图20 fi20000kHzVo268V时输出波形图
第五章 心体会建议
次电测课程设计通知识综合利进行必分析较进步验证学理知识检验时学效果然次课程设计实际操作分析差距提高综合解决问题力学基础
通电测课程设计加深课专业知识理解常理知识学次课程设计中真正做查阅资料解决问题示波器滤波电路等更深刻理解设计程中然遇困难讨查阅资料逐解决问题通解决课程设计难点说增加知识说培养积极心态遇困难时端正态度认真查资料老师学讨积极充满信心态度终总会解决问题
次课程设计程中学技外东西更领略处理专业技问题时显示出优秀品质更深切体会间种相互协调合作机制重问题法产生良性变化
种相互协调合作程中口角斗争难免关键处理遇分歧味计较埋怨仅仅类似样协调中生活中事情需样处理力面分歧家消误解相互理解增进解达谅解许问题没想象中复杂关键心态种处理解决分歧心态毕竟出发点
课程设计种学优秀品质程位老师说事情产生原诸学取般成绩绝侥幸者巧合付出劳动成果彰显辛苦程体现种断进认真致心态必导致生活学方面做完美位种追求锲舍程相种优良品质指引着意气风发更走步
参考文献
[1]刘飞张竺君高阶Chebyshev低通滤波器快速设计[J]黑龙江科技信息2012(18)1516
[2]张白莉郭红英基EWB巴特沃斯源低通滤波器设计仿真[J]吉林师范学学报:然科学版201132(4)7779
[3]张廷尉陈红王磊等基Matlab巴特沃斯数字低通滤波器设计[J]鞍山师范学院学报201214(2)1315
[4]王建行姚齐国基MATLAB切雪夫低通滤波器设计[J]新乡学院学报:然科学版201128(6)531533543
[5]李钟慎基MATLAB设计巴特沃斯低通滤波器[J]信息技术200327(3)495052
[6]周学军基Matlab模拟滤波器设计仿真[J]现代电子技术201033(8)626366
[7]刘群基Multisim四阶源低通滤波器设计仿真[J]新技术新工艺2011(6)3436
[8]雷前召模拟低通滤波器MATLAB实现[J]湖南科技学院学报200930(4)4849
[9]李瑞杰滕建辅李超等模拟跨阻低通滤波器设计[J]电路系统学报201217(2)6771
[10]杨勇邢磊诸远奇等压控电压源2n阶单位增益巴特沃斯低通滤波器优化设计[J]电子学报201139(8)18941897
[11]王滦900MHz巴特沃斯低通滤波器设计[J]天津通信技术2000(4):2526
附录1:元器件清单
器件名称
数量()
电阻820Ω
4
电阻10kΩ
3
电阻51Ω
1
滑动变阻器10K
1
滑动变阻器50k
1
电容001u
4
LM324芯片
1
导线
干
面包板
1块
北京交通学
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