引言
课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。本次课程设计意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好课程设计，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。 一 设计任务和要求
1.1设计任务
1.2设计要求
（1）截止频率fc=3KHz；
（2）增益Av＝1；
（3）阻带衰减速率大于等于40dB/10倍频程；
（4）调整并记录滤波器的性能参数及幅频特性。
二 滤波器的设计原理依据及元器件的选择
2.1滤波器的介绍
滤波器是一种用来消除干扰杂讯的青花瓷首饰器件
，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的自动皂液器
电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：
① 无源滤波器:
由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成
② 有源滤波器:
一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 低通滤波器是一个通过低频信号而衰减或抑制高频信号的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。但实际滤波器不能达到理想要求。为了寻最佳的近似理想特性，本文主要着眼于幅频响应，而不考虑相频响应。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器，可以由节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶滤波器可以由节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。
2.2 有源滤波器的设计
有源滤波器的设计，就是根据所给定的指标要求，确定滤波器的阶数n，选择具体的电路形式，算出电路中各元件的具体数值，安装电路和调试，使设计的滤波器满足指标要求，具体步骤如下：
（1）根据阻带衰减速率要求，确定滤波器的阶数n。
（2）选择具体的电路形式。
（3）根据电路的传递函数和归一化滤波器传递函数的分母多项式，建立起系数的方程组。
（4）解方程组求出电路中元件的具体数值。
（5）安装电路并进行调试，使电路的性能满足指标要求。
2.3滤波器类型及阶数的选择
根据设计要求，我们选择巴特沃斯（butterworth）滤波电路。巴特沃斯滤波器的幅频响应
在通带中具有最平幅度特性，但是通带到阻带衰减较慢。由于要求为-40dB/十倍频程，选择二阶有源低通滤波器电路，即n=2。
有源2阶低通滤波器电路如图2.1所示，其中的电容C原来是接地的，现在接到输出端。显然C的改接没有影响通带的增益。压控电压源二阶滤波器电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤波器的输入阻抗很高，输出的阻抗很低，滤波器相当于一个电压源，其优点是电路性能稳定，增益容易调整。
有源低通滤波器图2.1
交通警示柱
注释：上图中uA741的“+”和“-”位置错了。
在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f＞＞fc时（fc 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于微型拉曼光谱仪-90º，两级RC 电路的移相到-180º，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容C引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。
巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为：
， n=1，2，3，. . .
Butterworth的二阶归一化传递函数为：H（s）=1/(s*s+1.414*s+1)；它的化归一化传递函数可以表示成两个多项式的比:
A(s) （2–1）
其中Auo为通带内的电压放大倍数， C为截止角频率，Q为品质因子。从（1）式中可知，当 =0时，（1）式有最大值1； = C时，（1）式等于0.707，即Au衰减了3dB；
； （2–2）
文件加密存储Av=1+R4/R3； （2–3）
表2.1
电路元器件值 |
标定Av | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 |
R1′ | 1.422 | 1.126 | 0.824 | 0.617 | 0.521 |
R2′ | 5.399 | 2.250 | 1.537 | 2.051 | 2.429 |
R3′ | 开路 | 6.752 | 3.148 | 3.203 | 3.372 |
R4′ | 0 | 6.752 | 9.444 | 16.013 | 23.602 |
C1 | 0.33C | C | 2C | 2C | 2C |
注：电阻为参数k=1 时的值，单位为kΩ |
| | | | | |
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议