高通滤波器.doc

模拟电子电路课程设计

大连理工大学城市学院

模拟电子电路课程设计

设计题目：高通滤波器

学 院：电子与自动化学院
专 业： 自动化
完成日期： 2012年10月3日

目 录
第一章 设计任务
1.1项目名称
1.2项目设计说明
1.2.1设计任务和要求
1.2.2进度安排
1.3项目总体功能图
第二章 需求分析
2.1问题基本描述
（要求分析得出整体电路图）
2.2系统问题分解及功能基本要求
2.3设计原理
2.4分解设计
第三章调试并分析结果
3.1输入说明
3．1.1分部电路输入
3．1.2整体电路输入
3.2仿真预计输出
3.3.1仿真电路
3.3.2仿真电路输出
3.3测试结果记录
3.3.1分部测量结果记录
3.3.2整体测量结果记录
3.4测试结果分析
3.5调试数据记录
3.5.1调整滤波器下限频率
3.5.2衰减倍数测量
3.6调试结果分析
3.7相关参数测量及绘图
3.7.1滤波器频率响应参数
3.7.2滤波器幅频特性曲线
第四章 结论（最终实现哪些功能、未实现功能）
4.1功能实现情况

心得体会
参考文献

7
第一章 设计任务
1.1 项目名称：高通滤波器
本项目的主要内容是设计一个压控高通滤波器，。该电路主要通过运算放大器与电容结合应用实现。
1.2项目设计说明
本项目主要用来实现设计压控高通滤波器。
1.2.1设计任务和要求
运用运算放大器和RC网络，实现高通滤波器下限频率500赫兹，并满足带外每十倍频程大于50分贝衰减。
1.2.1进度安排
1.暑假期间有针对性的学习相关知识，确定基本电路图；
2.分解电路，逐次测量相关数据并记录，对数据进行整理分析；
3.运用完整电路，进行各元件数值确定，数据测量、记录、整理；
4.根据数据绘制表格，对图像进行分析，完成实验报告。
1.3项目总体功能图
RC网络
放大器

反馈网络

图1-1 系统功能模块图

第二章 需求分析
2.1问题基本描述
实验要求为压控高通滤波器，下限频率500赫兹，带外每十倍频程大于50分贝衰减；电路图如图2-1

r

图2-1整体电路图
2.2系统问题分解及功能基本要求
需要测量RC网络中各个部分的电阻和电容对滤波器下限频率和衰减倍数的影响，根据理论公式，确定电阻、电容的大体的调整方向，在结合实际情况确定电阻阻值和电容的大小。
2.3设计原理
实现压控高通滤波功能，主要是运算放大器的运用，具体电路中需要RC二介滤波网络加上同相比例放大电路，并且第一个电阻连接到输出端，构成压控。
2.4分解设计
使用二介放大网络，运用两部相同的放大电路，通过改变RC网络中的各部分数值，其中由于试验室中的电容种类单一，所以只能通过改变电阻实现各部分的放大要求。进行组合后最终达到要求的下限频率500赫兹和每十倍频程衰减50分贝的目标。

第三章 调试并分析结果
3.1输入说明
3．1.1分部电路输入
将电路分成相同的压控二介滤波的两部分，Avf都为2.1，设定适当输入频率f=1500赫兹和输入峰峰值Vipp=2v。缓慢地降低输入频率，当输出Vopp=0.7(Vipp*Avf)时，得每一部分的下限频率。
3.1.2整体电路输入
将两部分电路结合到一起，测得Avf=4.8,选择输入Vipp=1v,
频率f=1500赫兹，降低输入频率，使输出Vopp=0.7(Vipp *Avf),
记录结果并进行整体调试。
3.2仿真输出
3.3.1仿真电路，如图3-1.

图3-1
3.3.2仿真电路输出
根据下图3-2,3-3所示，仿真电路中测得下限频率480Hz，每十倍频程衰减4145分贝。

图3-2

图3-2
3.3测试结果记录
3.3.1分部测量结果记录
测量时Vipp=2v，频率f=1500赫兹，测得Avf=2.1。
(1)第一部分测量结果，如图表3-3。
频率
20lg(Av/Avf)（分贝）
每十倍频程衰减（赫兹）
fL=412Hz
20lg(3/4.2)

37.5dB/十倍频程
0.1fL=41.2Hz
20lg(0.04/4.2)
图表3-3
(2)第二部分测量结果，如图表3-4。
频率
20lg(Av/Avf)（分贝）
每十倍频程衰减
fL=472Hz
20lg(3/4.2)

37.5dB/十倍频程
0.1fL=47.2Hz
20lg(0.04/4.2)
如图表3-4
3.3.2整体测量结果记录
两部分电路组合（Vipp=1v，频率f=1500Hz,测得Avf=4.8）如图表3-5。
频率
20lg(Av/Avf)（分贝）
每十倍频程衰减（赫兹）
fL=506.2Hz
20lg(3.4/4.8)

46.02dB/十倍频程
0.1fL=50.64Hz
20lg(0.01/4.8)
图表3-5
3.4测试结果分析
两部分电路组合后，测量的结果显示，该滤波器的下限频率和衰减倍数均未达到要求。根据原理，下限频率与RC网络中的电阻、电容均存在某中的比例关系。
3.5调试数据记录
3.5.1调整录波器下限频率
如下图表3-6。
R1o(千欧)
30
47
47
30
30
30
30
R2o(千欧)
30
47
30
32
31
30.68
30.47
R3o(千欧)
30
30
30
30
30
30
30
R4o(千欧)
30
30
30
30
30
30
30
FL(Hz)
506.24
473
661.2
480.1
495.7
498.6
500
图表3-6
3.5.2衰减倍数测量
如图表3-7。
频率
20lg(Av/Avf)（分贝）
每十倍频程衰减
fL=500Hz
20lg(3.4/4.8)

49.05dB/十倍频程
0.1fL=50Hz
20lg(0.012/4.8)
图表3-7
3.6调试结果分析
根据调试的数据，分析可知，高通滤波器的二介网络中，下限频率值与电路图RC滤波网络中电阻R10或R30阻值大小成正比，与电路图RC滤波网络中电阻R20或R40阻值大小成反比。由于实验室能提供的电容种类单一，所以本次设计实验没有进行电容容量大小与下限频率关系的测量。
3.7参数测量及绘图
3.7.1滤波器频率响应参数

测量数据（测量时Vipp=1v，测得Avf=4.8）如图表3-8。
f(Hz)
50
100
150
200
250
300
350
400
450
V测
0.012
0.016
0.04
0.10
0.22
0.46
0.88
1.44
2.20
20lg(V测/4.8)
-52.04
-49.54
-41.58
-33.62
-26.78
-20.37
-14.74
-10.46
-6.78
f(Hz)
500
550
600
650
700
750
800
850
900
V测
3.40
3.80
4.20
4.60
4.90
5.00
5.10
5.00
5.00
20lg(V测/4.8)
-3.00
-2.03
-1.16
-0.37
0.18
0.35
0.53
0.35
0.35
f(Hz)
1000
1200
1500
1600
1700
1800
2000
2500
3000
V测
4.80
4.60
4.40
4.40
4.40
4.40
4.40
4.20
4.10
20lg(V测/4.8)
0
-0.37
-0.76
-0.76
-0.76
-0.76
-0.76
-1.16
-1.37
图表3-8

3.7.2滤波器幅频特性曲线如图3-9
图3-9
第四章 结论
4.1功能实现情况
本次试验设计压控高通滤波器，电路使用二介RC滤波网络，使用两部分相同的滤波电路完成试验，所使用电路如图2-1，达到试验要求的下限频率50Hz要求。但带外每十倍频程49.05分贝衰减，未满足设计要求的带外每十倍频程大于50分贝衰减要求。
心得体会
理论知识要联系实际应用才能体现它的用处所在，课本里的知识是死的，没有实践的经验，一切理论知识都是空壳，实践中才能得真知，试验的电路设计和调试过程中学到理论为得知识，有些理论知识虽然记住，但是试验可要我清楚直观的看清楚弄明白。
参考文献
张辉，王鲁云. 模拟电路分析与设计.第一版.大连：大连理工大学出版社，2010.
王鲁云，张辉。模拟电路实验教程。大连：大连理工大学出版社，2010.