带通滤波器的设计 lm324带通滤波器

第一章：课程简介

（1）设计任务

设计任务1：带通滤波器的设计

方案1：通过高通滤波器和低通滤波器级联实现一个带通滤波器，并且通过多级反馈减少干扰信号对滤波器的影响

方案2：采用单个集成运放构成压控电压源二阶带通滤波电路

设计任务2：设计一个检测电路，通过发光二极管的亮灭来检测电路的中心频率和上下限频率。

设计任务3：+-15v电流源的设计

（2）设计要求：

1.根据电路性能指标要求设计完成电路原理图，计算元件参数，写出理论推导过程，并分析各单元电路的工作原理；

2.EWB 软件仿真，包括仿真电路、各个输出测量点波形记录及定量标定，滤波电路的频率特性记录及定量标定；

3.记录实验结果和调试心得，判断误差原因，对不同的Q值完成实验结果分析。

电路性能指标要求：

1，输入信号：有效值为 1V的电压信号；

2，输出信号中心频率 f₀ ：分别为 1kHz和10kHz，通过开关切换，误差小于 5% （硬件） ；中心频率点的电压放大倍数为1；

3，带通滤波器带宽：BW=(f_H -f_L)，滤波电路的品质因数分别为Q=3（硬件）、 Q=1 、 Q=0.5 ；

4，用 LED发光二极管检测滤波电路的中心频率f₀、上下限截止频率，误差小于 10% 。

（3）方案论证

方案1论证:参考电路如图（1）所示

图中A1构成一个高通滤波器，A2，A3为低通滤波器，A1与A2级联从U02出来成为了一个带通滤波器，这个电路的优点:

1，他可以输出高通，低通，带通的波形，根据不同的要求可以综合应用，

2，并且采用多级级联可以减少干扰信号对电路的影响，

3.通过改变R1，R2可以得到适应不同中心频率的要求。（C1=C2=C）

缺点本实验只需要设计带通滤波器，就本实验而言，实验器材有所多余。

方案2论证：电路如图（2）所示

优点：

1.可以通过改变R4，Rf的比例来改变频宽而不影响中心频率；

2.在一个二阶低通滤波器的基础上加以改进即可形成带通，电路简单；

3.通过改变R1，R2，R3可以改变中心频率适应不同的要求

缺点：

功能单一，只能实现带通；

第二章电路设计

方案1：

参数计算：

推导出：

最后得出：

理论值：

具体电路图如图所示

此时的仿真波形如图所示

方案2：电路如图所示

原理分析：带通滤波器只允许在某一个通带范围的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。（将高通的下线截止频率设置为小于低通的上限截止频率，典型的带通滤波器可以有高通和低通和高通串联而成，图中R1与C形成低通滤波器，R2和后面一个C构成高通滤波器，二者串联组成带通滤波器，R4与Rf组成同相比例运算电路，R3为改善电路特性引入的反馈）

通带增益：

中心频率：

通带宽度：

品质因素：

比例系数：

当C1=C2=C,R1=R3=R,R2=2R时，电路的传递函数为：

中心频率：

电压放大倍数： （1）

当f=f0时，得到的通带放大倍数：

令（1）分母的模为 ，即为（1）中分母的虚部绝对值为1，解方程取正根得到上下限截止频率： （2）

通频带为：

最终：

Q=1时的仿真波形如图所示，放大倍数为2.

此时的参数如下表所示

设计任务二：检测电路的设计

原理分析：

带宽检测电路主要由检波电路和比较器（运算放大器实现）组成，三角形检波器的输

出是全波，两个波形大小与三角形的电阻选择有关，经过滤波转换成直流电压，如图 所示。

带通滤波输出信号U2和外部输入信号Ui分别经过检波后得到的直流信号进行比较，并将比较结果用发光二极管的亮灭状态显示。当带通滤波器主电路输入信号的频率为带通滤波器的上下限频率时，比较器的两个输入信号大小相同，发光二极管处于亮灭之间；当信号频率处于上下限频率之间时，发光二极管熄灭；反之，二极管点亮。通过上述检测过程，即可判断是否达到频率的上下限fH、fL，进而得出所设计带通滤波器的带宽

BW=fH-fL

带通滤波器的整体电路图如下：

实验过程中实际值如下表所示：

设计任务3:直流稳压电源的设计

一：工作原理

直流稳压电源是电子设备中最基本最常用的仪器之一。他一般由变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分组成，

变压器的作用是将220v的交流电转换为电路所需的低压交流电

整流电路的作用是将交流电变换成具有直流成分的脉动直流电

滤波电路的作用是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分

稳压电路的作用是对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压

二：单相桥式全波整流电路

工作原理：

整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变成脉动直流电的电路。单相桥式全波整流电路由四个二级管组成，整流堆管脚图及内部结构如图

（1）参数的计算：

a．直流电压U_o

（2）参数的计算：

a．直流电压U_o

b．直流电源I_o

（3）参数选择

根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择，即：

三，电容滤波电路

工作原理：电容滤波电路利用电容元件储能的特性，将整流后输出的脉动直流电压的能量储存起来，然后缓慢的释放给负载。尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

C 越大， R_L越大， τ_放电将越大，曲线 越平滑，脉动越小。

（1）参数的计算

a.耐压电流

b．放电时间常数范围

c． 输入输出关系

d．

（2）电容滤波电路的优点

1，电容滤波电路适用于小电流负载。

2，电容滤波电路的外特性比较软。

3，采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。必须选用较大容量的整流二极管。

4，电容滤波后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关RLC→∞，Uo=1.4U2，S=0。

（3）参数选择

电容放电的时间常数 τ =RLC愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。故应该选择一个大一些的电容。

四，稳压电路

工作原理

由整流滤波电路把交流电变成直流电的直流电源虽然结构简单，但它的输出电压不稳定。稳压电路的作用是对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。本次课程设计中，稳压电路选择用三段集成稳压器7815和7915以及电容组成。

（1）CW7815和CW7915外形及连接图，如图3.5所示。

CW7815外形及连接图CW7915外形及连接图

（2）保护电路

稳压电路的输出端接有保护二极管，如图3.6所示。如果不接保护二极管，CW7815输出电压通过R_L加到CW7915的输出端，必将CW7915烧毁。在正常工作情况下，两个保护二极管均处于截止状态，不影响电路的工作。假如，CW7915输入电压未接入，此时CW7815输出电压将通过外接负载接到CW7915的输出端，使得D₃正向导通，将CW7915输出端输出电压钳位在+0.7V，保证CW7915不致损坏。

最终直流稳压电源的电路如图所示：

第三章：调试分析

一误差分析

任何实验过程都难免存在误差，在课设过程中，我们要做的是尽量控制理论误差，使理论设计误差不能影响实验结果。在制作调试过程中，我们要控制实验误差，不能使误差过大而影响实验结果

（1）元器件误差

由于计算得出的元器件参数比较理想化，而实际中用的原件很难匹配所有的参数，电阻一般有5%的误差，本身无法达到精确匹配。至于电容，误差更大，远不止5%（电容的误差在20%内便为合格）。

（2）仪器误差

所有测量仪器都有一定误差，例如函数发生器有50Ω的内阻，示波器的本身误差示数误差以及波形的抖动造成的误差。

直流稳压电源的供电误差实测所涉及的直流稳压电源带载情况下的输出电压为14.8并非理论值15v.对放大倍数有所影响。

第四章课设心得

这次课程设计中不仅验证了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程．“千里之行始于足下”，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

模拟电子技术课程设计，这是我大学的又一个课程设计，对于我个人来说，意义重大。在这次课程设计中，通过查找相关书籍和相关资料，我增长了不少相关知识。阅读相关书籍后，确定各种电路的模型。通过大量的演算，得出各类元件的参数，验算求证。

运用Multisim11.0仿真软件和EWB，绘制相应的电路图，对计算出的参数进行验证。反复推导，使参数更加符合要求。对Multisim11.0和EWB在本专业的应用有了新的认识，可以在以后的基础课程学习和专业课程上用它来解决很多问题，更好的掌握Multisim11.0和EWB的使用方法和技巧，对以后的学习生活有很大的帮助。而对滤波器电路的理论分析，让我对模拟电子技术基础的相关知识进行了复习，更深一个层次的掌握运放的相关概念和使用技巧，懂得运用运放解决实际的问题，感受到运放是模拟电子的基础。

通过这次课程设计，我加强了自己掌握和理解书本知识的能力，培养了自己的实际动手能力与综合设计能力，并提高了自己的技术素质。基本达到了了解模电课程设计的任务，明确了运放的基本原则，掌握了Multisim11.0和EWB仿真设计的基本方法。加深了自己对模电这门课程的理解。希望自己在以后的学习生活中不断加强自我学习的能力，努力完善自己。

第五章：元器件

方案一：

（1）20k电阻两个，10k电阻四个，477k，53k，47.7k，5.3k电阻

（2）1000pf电容两个

（3）三个集成运放

方案二：

（1）16k，1.6k，3k电阻各两个，32k，3.2k，5k电阻各一个

（2）0.01uf电容两个

（3）一个集成运放

检测电路：

（1） 20k电阻两个，10k电阻五个，四个二极管

（2）两个1000uf的电容，

（3）一个10k的滑动变阻器

（4）两个集成运放电

直流稳压电源：

（1）变压器 TS_RF2一个

（2）桥式整流器 3N246一个

（3）电容 1000uF两个，0.1uF2个，0.33uF两个，220uF两个

（4）三端集成稳压器 CW7815，CW7915各一块

参考文献：

邱关源，罗先觉.电路.高等教育出版社.2006.05

童诗白，华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2002.05

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