電路課程設計---低通濾波器

1、<p><b>　　題目：低通濾波器</b></p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　掌握低通，高通濾波器工作原理，設計濾波器電路；畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖，掌握濾波器工作原理及其設計方法，并對各種元器件的功能和應用有所了解。并能對其在電路中的作用進行分析。另外還要掌握電路原理和分析電路設計流程，每個

2、電路的設計都要有完整的設計流程。這樣才能在分析電路是有良好的思路，便于查找出錯的原因。</p><p><b>　　二、設計題目</b></p><p><b>　　技術指標要求：</b></p><p>　　通帶邊界頻率ωc=3140rad/s（fc=500Hz）； 通帶最大衰減αmax=3dB；</p>

3、<p>　　阻帶邊界頻率ωs=18840rad/s（fs=3000Hz）；阻帶最小衰減αmin=30dB；</p><p><b>　　三、設計要求</b></p><p>　　濾波器設計步驟如下：</p><p>　　根據(jù)技術指標設計出符合要求的濾波器的電壓轉移函數(shù)。</p><p>　　根據(jù)轉移函數(shù)設計出

4、電路圖。</p><p>　　首先設計出電路的結構組成，使其可以實現(xiàn)滿足技術要求的相應濾波器的功能；然后確定所設計出的電路中的各元器件參數(shù)。具體計算時最好先選擇合適的電容C的值，這樣可避免計算出的C值太大或太小。</p><p><b>　　計算機上進行仿真。</b></p><p>　　仿真時首先在Workbench仿真軟件下畫出電路圖，并給

5、各元件賦上自己所確定的參</p><p>　　數(shù)，然后運用虛擬儀器波特圖儀和示波器分析所設計的濾波器的幅頻特性，觀察幅頻響應曲線，如果與理想曲線接近就可到實驗室作出實物，否則應該進一步檢驗所設計的電路及各個元件參數(shù)是否正確。仿真過程中應Copy下仿真電路的幅頻特性曲線、相頻特性曲線，并在特性曲線上標注截止頻率點。</p><p>　　實驗室作出實際電路并檢查無誤后就可用示波器觀察其幅頻特性

6、。</p><p>　　實驗過程中，要求記錄不同輸入頻率時，輸出波形幅值的變化規(guī)律，實驗完畢采用描點法將輸出幅值隨輸入信號頻率的變化規(guī)律在幅頻特性曲線上繪出，其波形變化規(guī)律應與仿真結果一致。</p><p>　　實驗完畢，總結實驗結論，并分析理想的濾波器特性與自己所設計的濾波器特性接近程度，如果比較接近說明設計的較為理想，否則應該分析出誤差較大的原因并在設計報告上寫出分析過程。</p

7、><p>　　最后所交上的設計報告應包括的內容：</p><p>　　1.根據(jù)技術要求確定濾波器電壓轉移函數(shù)的詳細推導過程。</p><p>　　2.根據(jù)所推出的濾波器電壓轉移函數(shù)設計濾波器電路圖的設計過程，所設計出的電路圖中的各元件參數(shù)的選擇方法和詳細計算過程及最后確定的實際元件的參數(shù)值。</p><p>　　3.Workbench仿真軟件下的

8、仿真過程及結果分析，其中包括所設計電路的幅頻特性曲線、相頻特性曲線，并在特性曲線上標注截止頻率點；不同輸入頻率時，在示波器上觀測到的輸出幅值的變化規(guī)律。要求仿真曲線必須用計算機打印出來，并在圖上打印上設計者姓名。</p><p>　　4.實驗室所做電路特性分析及其誤差分析。</p><p>　　四、實驗室所能提供元器件</p><p>　　電阻、電容、運算放大器&l

9、t;/p><p>　　五、實驗室所能提供設備</p><p>　　雙蹤示波器、掃頻儀、電路板、信號發(fā)生器、穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　六、設計方案及結果</b></p><p><b>　　低通濾波器</b></p><p>　　低通濾波器是一種能讓從直流到截止頻率的低

10、頻分量通過，同時衰減或抑制高頻分</p><p>　　量的器件。其特性用幅頻特性曲線來表示，此處幅頻特性指的是電壓轉移函數(shù)的振幅對頻率或的變化曲線。理想的低通濾波器的幅頻響應曲線如圖1虛線所示，但這種幅頻特性實際上是無法實現(xiàn)的，實線所示則是接近理想的實際情況。通常稱區(qū)間為通帶，區(qū)間為阻帶，為過渡帶。稱為截止角頻率(或者用表示，)，它的定義是當下降為最大值的1/倍時的頻率。通帶內最大衰減指的是在通帶以內的幅度比其最

11、大值衰減不能超過，阻帶內最小衰減為指的是在阻帶以內的幅度比其最大值衰減不能小于。</p><p>　　圖1 低通濾波器的幅頻特性曲線</p><p>　　接近理想的二階低通濾波器可由以下電壓轉移函數(shù)表示：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中 K —— 通帶電壓增益。<

12、/p><p>　　低通濾波器的增益是它的傳遞函數(shù)在s=0時的值，由上式可知其增益為K 。</p><p>　　類似，高階低通濾波器的轉移函數(shù)可用一個n階電壓轉移函數(shù)來表示，此時其分母是n次多項式。</p><p><b>　　推導過程:</b></p><p><b>　　節(jié)點1：</b></p&

13、gt;<p><b>　　節(jié)點2：</b></p><p>　　因為是理想運放，所以：</p><p><b>　　又：</b></p><p>　　聯(lián)立上述方程組解得(既轉移函數(shù))：</p><p><b>　　計算過程：</b></p><

14、p><b>　　參考頻率：;</b></p><p><b>　　通帶邊界頻率：;</b></p><p><b>　　阻帶邊界頻率：;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　;</b>&l

15、t;/p><p><b>　　對比兩個轉移函數(shù)</b></p><p><b>　　令：</b></p><p><b>　　由上式解得：</b></p><p><b>　　電路圖為：</b></p><p><b>　　E

16、wb仿真結果：</b></p><p>　　通帶最大衰減amax=3dB</p><p>　　阻帶最小衰減amin=30dB</p><p>　　通帶內頻率f=250Hz</p><p>　　截止頻率f=500Hz</p><p>　　過渡帶內頻率f=2000Hz阻帶邊界頻率f=3000Hz</p&g

17、t;<p>　　阻帶內頻率f=5000Hz</p><p><b>　　實際電路結果：</b></p><p>　　250Hz 20V 衰減0dB</p><p><b>　　8格*2V=16V</b></p><p>　　3KHz 20V 衰減30d

18、B</p><p>　　2格*0.2V=0.4V</p><p>　　此電路通帶最大頻率：500Hz;阻帶最小頻率：3KHz</p><p><b>　　七、設計總結</b></p><p>　　通過本次課程設計，我了解了濾波器的工作原理，參數(shù)設計，計算，加深了對轉移函數(shù)及歸一化原理的理解，體驗到了課程設計中的快樂!&l