东华大学带通滤波器论文Word格式文档下载.docx
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5.3问题及措施.....................................................12
5.4数据记录.......................................................13
第6章实验小结............................................................14
6.1电路改进.......................................................14
6.2实验收获与体会.................................................14
附录
电路总图..........................................................................15
仪器元件列表...................................................................16
参考文献..........................................................................17
摘
要
对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。
通常，按照滤波电路的工作频带为其命名，分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、和全通滤波器（APF）。
设低频段的截止频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号能够通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器。
允许通过的频段称为通带，将信号衰减到零的频段称为阻带。
在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0、频带宽度BW、上限截止频率fH和下限截止频率fL。
本实验中，利用模拟电子技术知识，可采用集成运算放大器，根据设计指标确定上下限频率和中心频率，设计符合一定要求的带通滤波器。
配合Multisim
计算机软件定量仿真出滤波电路的波形和相位关系，再进行成品调试组装验证，得到基本符合设计指标的带通滤波器，并用线性检波电路和发光二级管比较显示电路显示频率。
为简化调试过程，运放电源采用直流稳压电源。
参考信号由函数信号发生器提供。
第1章设计任务和指标要求
1.1设计任务
带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。
为了检测滤波电路的通带特性，设计一个检测电路，通过发光二极管的亮灭检测电路的中心频率和带宽范围。
1.2设计指标
1、输入信号：
有效值为1V的电压信号；
2、输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为1kHz、5kHz和10kHz，误差10%；
3、带通滤波器带宽BW=（fH-fL），在增益符合要求的情况下带宽尽可能窄；
4、用LED发光二极管显示上、下限截止频率。
1.3设计要求
1、根据电路性能指标要求设计完成电路原理图，计算元件参数，写出理论推导
过程，并分析各单元电路的工作原理；
2、利用EWB软件进行仿真调试，包括仿真电路、各个输出测量点波形记录及定
量标定，滤波电路的频率特性记录及定量标定；
3、记录实验结果和调试心得，判断误差原因，完成实验结果分析。
第2章总体方案
2.1方案框图
带通滤波器的电路原理框图如下图所示，由两部分组成。
一是主电路部分即带通滤波器点路，实现信号的滤波，由高通滤波器、低通滤波器、反馈通路组成；
二是贷款检测电路，检测所设计的滤波器的频带宽度，验证滤波器参数设计的准确性，由线性检波滤波电路和比较显示电路组成。
2.2简要原理
1、主体电路
第3章方案的设计
3.1带通滤波器主体电路
该电路通过三个集成运算放大器分别对输入信号一次实现高通、带通和低通，再将高通滤波输出波形和低通滤波输出波形反馈到最初的集成运算放大器处。
如下图，由于所要设计的带通滤波器中心频率可调，因此，需对电路中的电阻进行合理选择。
1、单元电路的设计
2、公式推算与参数的计算：
在R与2R已定情况下，根据“虚短”和“虚断”的原则，可得到一下方程组:
联立上述方程，可得
计算可知上、下线截止频率的理论值以及所需的电阻和电容参数取值：
C1=C2=0.01uF
1）当中心频率f0=10kHz时，R1=R2=1.5kΩ，上下限频率fH=17.07kHz、fL=2.93kHz
2）当中心频率f0=5kHz时，R1=R2=3kΩ，上下限频率fH=8.535kHz、fL=1.465kHz
3）当中心频率f0=1kHz时，R1=R2=15kΩ，上下限频率fH=1.707kHz、fL=293Hz
4）当中心频率f0=500Hz时，R1=R2=33kΩ，上下限频率fH=853.5Hz、fL=146.5Hz
3.2带宽检测电路
带宽检测电路主要由检波电路和比较器（运算放大器实现）组成。
三角检波器的输出是全波，两个波形大小与三角形的电阻选择有关，经过滤波转换成直流电压，如下图所示，可变电阻器主要用于系数调节。
带通滤波输出信号u2´
和外部输入信号ui´
分别经过两套相同的检波电路后与得到的直流信号进行比较，并将比较结果用发光二极管的亮灭状态显示，如下图所示。
当带通滤波器主电路输入信号的频率为带通滤波器的上、下限频率时，比较器的两个输入信号大小相同，发光二极管处于亮灭之间；
当信号频率处于上、下限频率之间时，发光二极管熄灭；
反之，二极管点亮，通过上述检测过程，即可判断是否达到频率的上下限fH、fL，进而得出所设计带通滤波器的带宽BW=fH-fL。
1、单元电路的设计
带宽BW=fH-fL
第4章Multisim仿真
4.1Multisim仿真电路图
4.2波形记录
1、主体电路：
2、开关闭和：
3、开关断开：
4、信号波形图
1）
2）
第5章组装与调试
5.1组装过程
选择需要的元件，按照Multisim仿真电路在面包板上连接电路，安装过程中要特别仔细，注意导线不宜太长或者太短，不宜弯曲，注意高、低电平以及GND的连接方法，每完成一个部分的连接后检查电路是否可以正常工作，然后调试。
5.2调试过程
Ui连接函数信号发生器，信号发生器调至2Vpp的正弦信号，将Ui、U2接到示波器上面，改变电路中两个开关，调节函数发生器频率，观察发光二极管的亮灭得出波形。
5.3问题及措施
在测试波形时发现两条波形的相位差太小，误差比较大，经过多次检查电路，发现多接了一个二极管，接地有误，重新修改电路之后波形恢复正常，问题得到及时的解决。
5.4数据记录
R1/R2
1.5kΩ
3kΩ
15kΩ
33kΩ
理论值
下限频率/fL
2.93kHz
1.465kHz
293Hz
146.5Hz
中心频率/f0
10kHz
5kHz
1kHz
500Hz
上限频率/fH
17.07kHz
8.535kHz
1.707kHz
853.5Hz
带宽/BW
14.14kHz
7.07kHz
1.414kHz
0.707kHz
测量值
6.43kHz
3.46kHz
676Hz
306.4Hz
10.15kHz
5.27kHz
1.05kHz
484Hz
15.88kHz
8.37kHz
1.65kHz
745Hz
9.45kHz
4.91kHz
0.974kHz
0.4386kHz
第6章实验小结
6.1电路改进
电路连接的过程之中发现了很多可以改进的地方。
接地、接高电平、接低电平、接电路、接仪器的导线应当有明显的颜色区别以便于之后对于电路的检查工作；
电路还可以简化，可以先手绘化简过的电路图以提高电路连接的精确度；
还要尽可能减小误差。
6.2实验收获与体会
通过此次电路课程设计，我不仅再一次巩固了对Multisim这种电路模拟软件的使用，同时也体会到了软件带来的无限乐趣。
虽然在设计过程中，我们做的只是在已有电路原理图基础上，按照自己的计算得出我们所需要的数据，并不是真正意义的设计，但不断的失败与尝试更让我明白了努力付出的价值所在。
与此同时，在模拟电路的过程中，我学会了面包板的使用，懂得了布线的技巧，课程设计让我真正体会到课本知识与实际生活的联系，也明白了滤波器的原理。
此次课程设计，着实让我成长了不少，收获颇多，为以后的实践打下了坚实的基础，在以后的学习中我会更加努力，竭力做的更好，更要学以致用！
电路总图
仪器元件列表
器件名称
型号
数量
集成运算放大器
353
4
LED发光二极管
1
二极管
开关
2
电阻
20kΩ
9.1kΩ
6
1kΩ
9
滑动变阻器
100KΩ
电容
0.01uF
1000uF
万用表
直流稳压电源
±
12V
12
函数信号发生器
示波器
交流毫伏表
面包板
导线
若干
参考文献
[1]杨上河.电子技术试验与模拟电子技术课程设计.西安：
西安电子科技大学出版社，2012.9
[2]华成英.模拟电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2006.5
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