1、湖南文理學院課程設計報告課程名稱： 電子技術課程設計 院 部： 電氣與信息工程學院專業班級： 自動化11102班 學生姓名：郭磊 （201116010204）指導教師： 侯 清 蓮報告成績： 目 錄摘要 . 3第1章 設計目的及要求 . 41.1設計任務 . 41.2設計要求 . 4第2章 濾波器的設計原理依據及元器件的選擇 . 52.1濾波器的介紹 . 52.2 有源濾波器的設計 . 52.3濾波器類型及階數的選擇 . 6第3章 multisim 輔助設計及修正 . . 10第4章采用protel 設計電路圖及問題 . . 114.1 protel注意事項 . . 114.2 制作pcb 板

2、的流程 . 124.3 注意事項 . 12第5章 調板以及測試分析 . 125.1測試儀器表 . 125.2 對安裝好的電路按一下方法進行調整和測試： . 135.3實際電路遇到的問題及解決方法 . 135.4 測試結果和幅頻圖分析 . 14結論 . 16心得體會及建議 . 16參考文獻： . 17摘 要帶通濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網絡，它允許某些頻率（通常是某個頻率范圍）的信號通過，而其它頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。帶阻濾波器的功能是在規定的頻帶信號不能通過或受到很大衰減，而在其余頻率范圍，則信號能順利通過。本實驗的目的就是通過運放設計一個有源帶阻濾波器的電路。第

3、1章 設計目的及要求1.1設計任務設計一個二階有源帶阻濾波器。1.2設計要求（1）中心截止頻率fc=50Hz；（2）增益Av 2；（3）Q 大于10；（4）阻帶衰減速率大于等于15dB/10倍頻程；（5）調整并記錄濾波器的波形、性能參數及幅頻特性。第2章 濾波器的設計原理依據及元器件的選擇2.1濾波器的介紹濾波器是一種能使有用信號通過，濾除信號中的無用頻率，即抑制無用信號的電子裝置。有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。帶阻濾波器是一個阻止特定頻率而讓其他頻率通過的部件。理想帶阻濾波器電路的頻響在通帶內應具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內其幅值應為零。但實際濾波器不能達到理想要求。為

4、了尋找最佳的近似理想特性，本論文主要著眼于幅頻響應，而不考慮相頻響應。一般來說，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數越高，幅頻特性衰減的速率越快，但RC 網絡節數越多，元件參數計算越繁瑣，電路的調試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯而成。對于n 為偶數的高階濾波器，可以由2n 節二階濾波器級聯而成；而n 為奇數的高階濾波器可以由21 n 節二階濾波器和一節一階濾波器級聯而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎。2.2 有源濾波器的設計有源濾波器的設計，就是根據所給定的指標要求，確定濾波器的階數n ，選擇具體的電路形式，算出電路中各元件的具體數值，

5、安裝電路和調試，使設計的濾波器滿足指標要求，具體步驟如下：（1）根據阻帶衰減速率要求，確定濾波器的階數n 。（2）選擇具體的電路形式。（3）根據電路的傳遞函數和歸一化濾波器傳遞函數的分母多項式，建立起系數的方程組。（4）解方程組求出電路中元件的具體數值。（5）安裝電路并進行調試，使電路的性能滿足指標要求。2.3濾波器類型及階數的選擇根據課設要求，我們選擇巴特沃斯（butterworth ）濾波電路。巴特沃斯濾波器的幅頻響應在通帶中具有最平幅度特性，但是通帶到阻帶衰減較慢。由于要求為-40dB/十倍頻程，選擇二階有源低通濾波器電路，即n=2。有源2階帶阻濾波器電路如圖1所示。 二階有源帶阻濾波器

6、 圖1在集成運放輸出到集成運放同相輸入之間引入一個負反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當信號頻率f fc 時（fc 為截止頻率），電路的每級RC 電路的相移趨于-90º，兩級RC 電路的移相到-180º，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時通過電容C 引到集成運放同相端的反饋是負反饋，反饋信號將起著削弱輸入信號的作用，使電壓放大倍數減小，所以該反饋將使二階有源帶阻濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，阻止特定頻段信號通過。二階帶阻濾波器電路及工作原理（BEF ）如圖1（a ）所示，這種電路的性能和帶通濾波器相反，即在規定的頻帶內，信號不能通過（或受到很大衰減或抑制），而

7、在其余頻率范圍，信號則能順利通過。在雙T 網絡后加一級同相比例運算電路就構成了基本的二階有源BEF 。 (a 電路圖 (b 頻率特性 圖2二階帶阻濾波器 電路性能參數 ： 通帶增益中心頻率 帶阻寬度B 2（2Aup ）f0選擇性1壓控電壓源二階帶阻濾波器電路如圖2所示。電路的傳輸函數： 其中，通帶電壓放大倍數： 阻帶中心處的角頻率：品質因數：2. 無限增益多路負反饋二階帶阻濾波器該電路由二階帶通濾波器和一個加法器組成，如圖3所示。電路的傳輸函數為： 其中：通帶電壓放大倍數：（Auo 即為Av ）阻帶中心角頻率：阻帶帶寬：表1 為了得到相對應的電阻值，需要算出K 值，用K 值乘以相應的R 得到R

8、 ；而K=100/(fc*C （24）注釋：C 以uf 作為單位，fc 以hz 為單位。K 值不能太大，否則會使電阻的取值較大，從而使引入的誤差增加，通常選擇1 K 10.本次課程設計我們取Q=10；經查表得，fc=50hz時取C=1uf，對應參數K=2；由表2.1得困時，電阻R1=0.796Q=7.96K,R2=R1/(Q2-1=0.08K,R3=1.0K,R4=4R1=31.84K,R5=2.0K; 取濾波器的增益為Av=2，則R6=2K；將上述電阻值乘以參數K=2，取得R1=15.92K, 取標稱值16K ；讓=0.16K；取標稱值160；R3=2K;R4=63.68K, 取標稱值62K

9、 +1.6K；R5=4K;R6=4K; 增益Av=-R6/R3=-2。實驗調整修改元件值。設輸入信號為Vi=20mV. 測得其性能參數為：f0=50hz,Av=2，fh=55hz,fl=45hz,則BW=fh-fl=10hz,品質因數Q=f0/BW=5,與設計值Q>=10的要求偏差較大。可以進一步調整原件參數使其滿足實際要求。調整后的元件參數、幅頻特性如圖3所示。（注：實驗電路圖中的芯片uA747應為NE5532） (a (b圖3 二階無限增益多路反饋帶阻濾波器(a實驗電路 (b幅頻特性2.4 Ua741的封裝介紹 圖4NE5532管腳圖為圖4。NE5532為雙放大器的運放芯片。 第1管

10、腳是第一級放大器的輸出端； 第2管腳是第一級放大器的反相端輸入端； 第3管腳是第一級放大器的同相端輸入端；第4和第8管腳分別為負直流源和正直流源輸入端； 第7管腳為第二級放大器的輸出端； 第6管腳是第二級放大器的反相端輸入端； 第5管腳是第二級放大器的同相端輸入端；第3章 multisim 輔助設計及修正通過multisim 仿真軟件對上述電路進一步修正，修正的結果為圖5： 圖5 multisim仿真電路其頻域仿真結果為： 11其波形圖為： 圖6 multisim仿真得到的頻域圖及波形圖第4章采用protel 設計電路圖及問題電路的原理圖為圖 7圖74.1 protel注意事項電路繪制的時候主

11、要是注意各個元器件的封裝和實際買回來的元器件的管腳大小及距離相對應，并有選擇地采用排針作為信號的輸入以及輸出和直流電源的輸入。電容12用CAPPR2-5x6.8封裝型號。元器件采用手動布局。布線采用手動布局，布線時需要設計好參數。一般線條大小為1mm ，地線和電源線大小為1.3mm ，過孔為1mm ，焊盤為1.8mm 。電路板的長寬為：75mm ×55mm 。實際板子大小為：100mm ×60mm 繪制好的pcb 的sch 電路圖4.2 制作pcb 板的流程設計好原理圖sch 改變封裝繪制pcb 板布局布線打印pcb 圖紙印制銅板腐蝕銅板鉆孔焊接元器件測板修改電路測試（直到

12、符合設計要求）。4.3 注意事項（1）電阻的標稱值應盡可能接近設計值，這可以適當選用幾個電阻串并聯；盡可能采用金屬膜電阻電容及容差小于10%的電容，影響濾波器性能的主要因素是 R/R、C/C及運放的功能。（2）在測試過程中，若某項指標偏差較大，則根據設計表調整修正 相應元器件的值。（3）制作板子過程中，為了節省材料，節約資源，盡量用最少的東西完成最佳的功能。所以板子元器件布局緊密。而提高抗干擾能力，布線時盡量短，少，在拐角處不要用90°的角。焊盤過孔設計合理。第5章 調板以及測試分析5.1測試儀器表 13 表25.2 對安裝好的電路按一下方法進行調整和測試：（1）仔細檢查裝好的電路，

13、確定元件與導線連接無誤后，接通電源。（2）在電路的輸入端假如Vi=1V的正弦信號，慢慢改變輸入的信號的頻率（注意保持Vi 的不變），用示波器觀察輸出電壓的變化。在濾波器的截止頻率附近，觀察電路是否具有濾波特性，若沒有濾波特性，應檢查電路，找出故障原因并排除之。（3）若電路具有濾波特性，可進一步進行調試。對低通濾波器應觀測其截止頻率是否滿足設計要求，若不滿足設計要求應根據公式，確定應調整哪個元件才能使截止頻率既能達到設計要求又不會對其它的指標參數產生影響。然后觀測電壓放大倍數是否滿足設計要求，若不達到要求，應根據相關公式調整有關的元件，使其達到設計要求。 通過測試設計值點電路板的結果，對電路板進

14、行修正以達到設計要求。設計指標：fc=50hz，增益為Av=2，-40dB/十倍頻程。輸入信號Vi=1Vp-p，觀察濾波器的截止頻率fc 及電壓放大倍數Av 。按要求理論測試結果應為：在相對低頻時，如fc1為35hz 時，電壓放大倍數為2；在fc=50hz時，Av=0；在相對高頻時，如fc1為65hz 時，電壓放大倍數為2。5.3實際電路遇到的問題及解決方法測試結果顯示fc=47hz，不符合截止頻率為50hz 的要求。經過多次分析，認為理論的設計的方法和實際的不符。并由得知，假如實際的截止頻率比所14要求的截止頻率小，則要求把電阻或者電容減小；假如實際的截止頻率比要求的大，則要求把電阻或者電容

15、增大。由于測試的截止頻率比設計要求的低，所以要提高它的截止頻率。假定電容不變了，則電阻值R Wc fc 和R Wc fc ；可以判定原來的電路的電阻值過大。介于個人經驗不足，我原先把R1原來的16k 改成15k ，但是還是沒有滿足要求。然后我將R1變回16K ，改變R2電阻值為150的電阻。即R2=150，R1=16k，C1=C2=1uf。做出上述的改變之后各項設計要求基本達標。5.4 測試結果和幅頻圖分析電路測試得到的輸出電壓和頻率V o fc 關系表如下： 表3它的頻率特性曲線為圖5.1： 15 圖8通過上圖可知，在輸入頻率為46hz 之前和52hz 之后，輸出的電壓值均在1.414Vp-

16、p左右，即在低頻段和高頻段時Q 值大于0.707，在49hz 時，輸出的電壓為0.605Vp-p, 衰減速率符合設計要求。在輸入頻率為3khz 時，衰減因子Q 為0.707左右。小于46hz 和大于52hz 的時候，衰減的速率大概為3dB ，在49hz 至50hz 之間的時候，衰減的速率大概為15dB 。實際的電路基本滿足設計指標要求。電阻R 的穩定性可用相對誤差R/R表示，電容C 的穩定性可用C/C表示，由于R 、C 的不穩定引起中心角頻率Wo 的不穩定，Wo 的穩定性用Wo/Wo表示。 Wo/Wo=(Wo/R ×R+(Wo/C ×C 因為Wo=1/(RC=-(R+C,

17、所以Wo/Wo=-(R+C /R ×R+-(R+C /C ×C =R/RC/C由于R/R、C/C對頻率fc 的影響較大，所以試驗參數與設計表中的關系式之間存在較大的誤差。其次，由于電阻電容的實際值和其標值也有出入，導致實際電路的截止頻率有偏差。課設目的不是誤差分析，而是通過此次課程設計能夠加深理論與實際的工程思維，因此在此不做詳細分析。結論 利用公式法設計有源帶阻濾波器，要求解多元高階方程組；若采用查表法求解電路 參數，就簡單得多。因此應盡量采用查表法求解電路參數，以減少電路運算復雜程度。 雖然可能誤差很大，但是能夠帶來很大的方便。初學設計時盡量能快速找到解決問題， 培養解

18、決問題的能力，積累設計經驗。 通過此次的課設，我學到了很多知識，跨越了傳統方式下的教與學的體制束縛，在 論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養了自學能力和動手能力。并且 由原先的被動的接受知識轉換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的 突破。在以往的傳統的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過課程設 計，學會了如何將學到的知識轉化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相 結合的問題。 在論文的寫作過程中也學到了做任何事情所要有的態度和心態，首先我明白了做學問要 一絲不茍，對于出現的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事 情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思 路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態度，認真聽取別人的意見，這樣做起事 情來就可以事倍功半。 在設計電路過程中，理論知識很重要，理論知識決定了設計的方法，設計電路的成敗。 所以需要查找很多資料，需要足夠的耐心、細心去研究問題，解決問題。同時還必須有 實事求是地分析問題的態度，知道理論與實際是有一些差別的。 調試的過程中要有平和的心態，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析， 逐步的排除可能的原因，要堅信“凡事都是有辦法解決的”和“問題出現一定有它的原 因” ，這樣最后一定能調試成功。 心得體會