RC有源高通滤波器课程设计报告.doc

RC有源高通滤波器课程设计报告完美版

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科信学院
电子电路仿真及设计CDIO三级项目
设计说明书
（2012/2013学年第二学期）

题 目 ： __ 高通滤波器___ __ _____
专业班级 ： 通信工程11级2班
学生姓名 ： 吕 阳
学 号： 110312230
指导教师 ：马永强、贾少锐、李晓东、付佳
设计周数 ： 2周

2013年7月5日

目录
一 直流稳压电源
1.1电源的设计及要求 ———-————-——----——----—-———————---——-————--———1
1。2基本原理分析--———----—---—-—-—--—----—-—----—-—---——————-—--——--—1
1。3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真—--———-—————4
二 振荡器
2.1振荡器的设计及要求—-——--—--———---———--——-—--——--———----———---6
2。2系统工作原理---——---——-————-------—-—-—--—--——-——-——--——----—--—-6
2.3电路设计原理图，实物图,参数计算及仿真---—-—-—-————-6
三 滤波器
3。1滤波器的设计及要求—---—-—-—-—--—-—-—-——-—-—-—--—-——-—---—-———11
3。2系统的设计方案-——------—--———-----—--——--————-——--———--—-—-———-11
3.3系统组成及工作原理--—-———————-—-—-———-—--——---—--—————-——-—--11
3.4电路设计原理图，实物图，参数计算及仿真-—-—--———--—-12
附录 原件清单-————-—-—--—-——--—-——-——-———-———--—-—-—----—-———----—-—17
第一章 电源设计
1。1电源的设计及要求
1.11设计任务
设计并制作一个±5V直流稳压电源
1.12 设计要求
1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力.
4．设计并制作一个连续可调直流稳压电源,主要技术指标要求：
容量:5W 输入电压：交流220V 输出电压：直流±5V
输出电流：1A
1.2基本原理分析-
1.21 整体电路框图
我们这次课程设计老师安排的是设计并制作高通滤波器，所以我们需要设计一款直流稳压电源。现在的电子设备中直流稳压电源必不可少。而且这些直流大多数都是把交流电转变为直流电的直流稳压电源。（具体原理图如图1-1）

图1-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换

整体电路由以下四部分构成:
1、电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。
2、整流电路：将交流电压U2变为脉动的直流电压U3。
3、滤波电路：将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。
4、稳压电路：当电网电压波动及负载变化时，保持输出电压Uo的稳定。

1。22电路原理分析
这次设计首先目标就是变压器把220V交流电变成电路所需要的电压。然后利用二极管的单向导电性,以及电容的滤波作用，可以设计出把交流电变成直流电以及输出纹波较小的直流电的电路,从而得到平滑的直流电压；再后通过稳压块的稳压作用，就可以得到完美所需稳定的输出直流电。
通过计算极限参数选择器件有稳压电路所要求的直流电压(Ui）、直流电流（Ii）输入确定整流滤波电路形式，选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值）即变压器功率。由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施。
下面分别就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理.
（1）电源变压器
变压器的其中一个作用是把输入的电压转换成所需的各种低压.而我们做的变压器就是要将220V的交流电压变成所设计电路的整流滤波电路所需的低电压。
根据设计要求，输出最大电源为+10V/1A,输出的最大功率为10W。选择220V/±16V / 10W的变压器。
（2） 整流电路
整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图1—2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了4个二极管，组成三项桥式整流电路.整流过程中，4个整流管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致,形成全波整流，将变压器处的交流电压变成了脉动直流电压。

图1—2 整流电路

整流电路的参数如下:
输出电压平均值： 输出电流平均值：
平均整流电流: 最大反向电压：
整流二极管的选择：，
（3）滤波电路(滤波电路如图1—3）
交常见的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及P型滤波电路。在此电路中，选用电容电路。在加入电容滤波电路后,利用电容的充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好,可选用大容量的电容为滤波电容.因为电容放电的时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。一般选取

图1-3滤波电路
（4）稳压电路
经过整流和滤波后得直流电压,会由于电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大,仍需进一步对其稳定,这就需要采用稳压电路。目前常用的稳压电路有并联式稳压电路、串联稳压电路以及集成式稳压电路。由于集成式稳压芯片具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而工作是比较稳定的,电路

图1—4输出正电压电路

图1-5 输出负电压电路
也相对比较简单。为了使电路正常工作,要求输入电压应比输出电压至少高出2。5V~3V.电路如图1-4、图1—5所示.电容C1可防止自击振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1~1uF。输出端电容C2可以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消除自击振荡的作用.
1.31设计原理图

图1-6仿真构成电源原理图

1。32仿真图
电源仿真图如下图1—7、图1—8。

图1-7电源仿真图正极 图1-8电源仿真图负极
1.33实物图
电源极性测试实物图如图1—9、1-10。

图1-9电源负极示数 图1—10电源正极示数

第二章RC桥式正弦波振荡器

2.1振荡器的设计及要求
1．研究负反馈网络中稳幅环节的稳幅功能。
2．掌握RC桥式振荡器的工作原理及调测技术。
3．进一步掌握用双踪示波器测相位差的方法。
4. 掌握信号频率的几种常用测量方法。
2.2系统工作原理
该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络;具有稳幅功能的负反馈网络。
2。3电路设计原理图,实物图,参数计算及仿真

2。31原理图(仿真图）
RC桥式振荡器实验电路图如图2-1

图2-1 RC桥式振荡器的实验电路如图
2。32参数计算
电路震荡频率计算： f=1/2π RC
起振的复制条件：Rf/Ri>=2 其中 Rf=Rw+R2+R3/Rd 由其电路元件特性 R=10KΩ C=10nF电路产生自激震荡，微弱的信号 1/RC 经过放大，通过反馈的选频网络，使输出越来越大，最后经过电路中非线性器件的限制,使震荡幅度稳定了下来，刚开始时Av=1+Rf/Ri 〉3。平衡时 Av=3，Fv=1/3(w=w0=1/RC）
2.33仿真图

RC桥式振荡器Multisim仿真电路图及结果如图2-2

图2—2 Multisim仿真电路图及结果

2.34示波器图形
振荡器示波器图形如图2-3
图2-3振荡器示波器图形
2.35实物图
振荡器实物图如图2-4

图2-4振荡器实物图

第三章：高通滤波器的设计
3.1 设计及要求
设计一个有下限截止频率的二阶有源高通滤波器
要求：
1. 了解滤波器的工作特点                
2．掌握电子系统的一般设计方法                 
3．掌握常用元器件的识别和测试                
4．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法            
5．进一步提高自己的动手实践能力                
6．掌握专业课程设计报告的格式及流程
3.2系统的设计方案
图(a）是一个二阶高通滤波器。图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波器电路，为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路,组成二阶有源RC高通滤波器。 高通滤波电路的传递函数为： 

3.3系统工作原理
二阶有源高通滤波电路如上图（a）所示，由图可见，它是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高,输出阻抗低。
二阶有源高通滤波器
① 截止频率的计算　
②增益的计算
③ 品质因数的计算
由此可画出其幅频响应曲线，如上图（b)
3.4电路设计原理图，实物图,参数计算及仿真
3.41原理图
高通滤波器原理图如图3—1
图3-1 高通滤波器原理图

3。43仿真图
高通滤波器仿真图及结果如图3—2

图3—2 高通滤波器仿真图及结果
3。44示波器图形
示波器图形如图3-3

图3—3示波器图形（注:上正弦波为滤波器输出波形，下为振荡器输出波形。）
3.45实物图
滤波器实物图如图3—4

图3—4滤波器实物图
3.4.6成品图
成品图如图3—5 成品波形图见图3-6
图3-5 RC高通滤波器成品图
图3—5 RC高通滤波器成品图
图3-6成品波形图

附录．所用元件
元件序号（名称）
型号
主要参数
数量
备注

集成块
UA741

2个

8管脚插槽

2个

电阻
470欧

2个

15K

2个

1K

2个

4。7k

2个

3。3K

2个

50K

2个
联级可变电阻

2k

2个

10k

2个

电容
10nf

2个

33nf

2个

220uf

2个

470uf

2个

发光二极管

2个
红色

二极管
3N256

4个

1N4148

2个

电源变压器
220V—5V

1个

所用仪器:示波器，万用表 ，振荡器（自制),电源（自制）。

评 语

成 绩

指导教师
（签字）

年 月 日

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