模电RC有源滤波器设计.doc

课题名称____ RC有源滤波器设计__________
所在院系________机电学院________________
班 级______08自动化（一）班_________
学 号______XXXXXXXXXXXX______________
姓 名___________XXXXXX_______________
指导老师____________XXX_________________
时 间_______2010.06.24_______________

XXXXX大学

模拟电子技术课程设计任务书
姓名 xxx 班级 xxxxx 指导老师 xxxx
题目： RC有源滤波器设计

课题的任务和要求

技术指标：
（1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；
（2）测量技术指标参数；
（3）写出设计报告。

1、根据课题，查阅相关资料
2、画出系统原理框图；
3、参数计算和元器件选择
4、画出单元电路图；
5、画出整体控制电路图；
6、撰写说明书

参考文献

目录

第1章 引言............................................3
第2章 RC有源滤波器设计概述 .........................4
2.1总方案设计。.....................................4
2.1.1方案框图....................................4
2.1.2子框图的作用................................4
2.1.3方案选择....................................5
第3章 单元电路设计与分析.6
3.1原理图设计......................................6
3.1.1 高通滤波器..................................6
3.1.2 高通滤波器..................................6
3.1.3 带通滤波器..................................6
3.2 已知条件与设计步骤..............................7
3.2.1 已知条件..................7
3.2.2 设计步骤....................................7
3.2.3 注意事项....................................8
3.3 工作原理.........................................8
3.4 元器件选择.......................................8
第四章结束语...........................................9
附录........................10
附录I. 元件清单........................................10
附录II. 总电路图.....................................11
参考文献.................................................12

第1章 引言
随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。
滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，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，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个能够低通、高通、带宽、阻带等多种形式的滤波器。我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。按照设计的方案选择具体的元件，焊接出具体的实物，并在实验室对事物进行调试，观察效果是否与课题要求的性能指标作对比。最后分析出现误差的原因以及影响因素。

第2章 RC有源滤波器设计概述
2.1总方案设计
2.1.1方案框图

RC网络
反馈网络
放大器

图1.1.1 RC有源滤波总框图

2.1.2子框图的作用

1 RC网络的作用
在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成。

2 放大器的作用
电路中运用了同相输入运放，其闭环增益 RVF=1+R4/R3同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

3 反馈网络的作用
将输出信号的一部分或全部通过牧电路印象输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。

2.1.3方案选择

滤波器在通信测量和控制系统中得到了广泛的应用。一个理想的滤波器应在要求的频（通内具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器距此有一定的差异，为此人们采用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。
用运算放大器和RC网络组成的有源滤波器具有许多独特的优点。因为不用电感元件，所以免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。由于运算放大器的增益和输入电阻高，输入电阻低，所以能提供一定的信号增益和缓冲作用，这种滤波器的频率范围约为10-3Hz~106Hz,频率稳定度可做到（10-3~10~10-5）/摄氏度，频率精度为+（3~5）%，并可用简单的级联来得到高阶滤波器且调谐也很方便。
滤波器的设计任务是根据给定的技术指标选定电路形式和确定电路的元器件。滤波器等的技术指标有通带和阻带之分，通带指标有通带的边界频率（没有特殊的说明时一般为-3dB截止频率），通带传输系数。阻带指标为带外传输系数的衰减速度（即带沿的陡变）。

第三章 单元电路设计与分析
3.1原理图设计

3.1.1低通滤波器

图1.2.1.1低通滤波器电路图

3.1.2 高通滤波器

图1.2.1.2 高通滤波器电路图
3.1.3 带通滤波器

图1.2.1.3

类型
传输函数
低通
A(s)=Avωc2/(s2+ωcs/Q+ωc2)
高通
A(s)=Avs2/(s2+ωcs/Q+ωc2)
带通
A(s)=Avω02s/Q(s2+ωcs/Q+ωc2)

3.2 已知条件与设计步骤
3.2.1 已知条件
已知滤波器的响应、滤波器的电路形式、滤波器的类型、滤波器的性能参数fC,Q,BW或AV 。

3.2.2 设计步骤
（1）根据截止频率，从表1.1.3中选定一个电容C的标称值，使其满足
K=100/fCC (如带通K=100/f0C)。（ 1.2.3）
注意：K不能太大，否则会使电阻的取值较大，从而使引入增加，通常取1≤K≤10。
（2）从设计表中查处与AV对应的电容值及K=1时的电阻值。再将这些阻值乘以参数K，的电阻的设计值。
（3）实验调整并修改电容、电阻值，测量滤波器的性能参数，绘制幅频特性。

3.2.3注意事项
（1）电阻的标称值尽可能接近设计值，可适当选用几个电阻串、并联；尽可能采用金属膜电阻及容差小于10%的电容，影响滤波器性能的主要因素是△R/R﹑△C/C及运放的性能。实验前应测量电阻，电容的准确值。
（2）在测量过程中，若某项指标偏差较大，则引发更据设计表调整修改相应元件的值。

3.3 工作原理
滤波电路是一种能使杨浦用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路。

3.4 元器件选择
电阻的选择 根据参数计算得的结果和市场上所出售的请况而选择，见附录清单。
电容的选择 根据电阻的确定和规定的截止频率而选择，见附录清单。
运放的选择 我们选择了八管脚的UA741单运放
第四章 结束语

这两周是课程设计，老师给每位同学发放一个课题，同时要求在两周内独立完成。一开始我觉得这次课程设计好难，我们不可能会完成的。可是经过我自己不懈的努力和奋斗，我终于完成了此次课程设计。这次课程设计及让我弄懂了好多以前不明白的东西，同时也拓展了我自己的知识面，让我了解到我现在学到的只是一点皮毛，想要把它学好就一定要努力学习。这次课程设计中，我有好多不明白的，于是就通过去图书馆查找资料等途径把这些难题一一解决，同时还有王冬老师的悉心指导，我才能够成功完成这次课程设计

附录

附录Ⅰ 元件清单

序号
名称
型号参数
数量
备注
1
电阻
5.6K
2
无
10.2k
1
无
13k
1
无
15.1k
1
无
18.2k
1
无
29k
2
无
29.6k
3
无
32.8k
1
无
81.3k
1
无
2
电容
0.01u
2
无
0.02uF
2
无
0.1uF
2
无
3
运算放大器
uA741
3
无

附录Ⅱ 总电路图
(4) 高通滤波电路

(5) 低通滤波电路

(6) 带通滤波电路

参考文献

１．彭介华《电子技术课程设计指导》高教出版社，1997年；
２．谢自美《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社，2000年；
３．博伊尔斯塔德《模拟电子技术基础》电子工业出版社，2008年；
４．陆秀令《模拟电子技术》北京大学出版社，2008年。

１３