畢業(yè)設(shè)計(jì)-二階rc有源濾波器的設(shè)計(jì)(文件)
【正文】 電路結(jié)構(gòu)如圖 45所示，此電路上半部分是一個(gè)同相比例放大電路，由兩個(gè)電阻 R1，RF 和一個(gè)理想運(yùn)算放大器構(gòu)成。電路由一個(gè)幅度為 12V，頻率可調(diào)的交流電壓源提供輸入信號(hào)。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓幅度。 很顯然，輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)一致，說明二階低通濾波器電路不會(huì)改變信號(hào)頻率。由虛擬示波器得到輸入頻率為 2kHz 以上時(shí)，電路的放大作用明顯，而小于 2kHz 時(shí)，波形開始逐漸被衰減，這說明截止頻率 f0接近 2kHz. 我們發(fā)現(xiàn)，僅通過虛擬示波器分析，既很難得出 f0 的準(zhǔn)確值，也不能直觀看出輸入信號(hào)的頻率對電路放大性能的影響，于 是用 Multisim 中的波特儀來精確觀察電路的輸入輸出特性。 圖 48 二階低通濾波器交流小信號(hào)分析圖 二階帶通濾波器 16 圖 49 二階帶通濾波電路 電路結(jié)構(gòu)如圖 49，輸入端的電阻 R R4 和電容 C C2組成低通電路，電容 C C4和電阻 R R6組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運(yùn)放的同相輸入端，它的作用在前面介紹二階低通有源濾波器時(shí)已經(jīng)詳細(xì)論述過。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 410 利用示波器得到的二階帶通濾波器電路的輸入輸出波形 圖 410 為輸入信號(hào)頻率為 200Hz，幅度為 12 V 時(shí)二階帶通濾波器電路的輸入輸出情況。幅度大的為輸入信號(hào)，幅度小的為輸出信號(hào)。 調(diào)節(jié)輸入頻率，使之分別為 500 Hz， 1kHz， ， 2kHz， 。 （ 3）幅頻特性分析 在 Multisim 軟件的虛擬儀器欄中選擇虛擬波特儀，將波特儀的輸入輸出端分別連接到電路的輸入端與輸出端，再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，得到如下波形 : 18 圖 411 二階帶通濾波器電路的幅頻特性曲線 從圖中可以看出該帶通濾波器的中心頻率 fo=，上限截止頻率約為 800Hz,下限截止頻率約為 2kHz,與理論計(jì)算結(jié)果相符 。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下：起始頻率為 1MHz，終止頻率為 1GHz，掃描方式使用十進(jìn)制，縱坐標(biāo)以 dB為刻度，在 Output variables 中選擇輸出節(jié)點(diǎn)，然后點(diǎn)擊 simulate 進(jìn)行仿真分析，得到電路的幅頻特性曲線如圖 412 所示。這說明此濾波器的通帶為 。從圖 410還可以看出，在輸入信號(hào)頻率為 200Hz 時(shí)輸出信號(hào)的幅度明顯小于輸入信號(hào)的幅度，說明此時(shí)信號(hào)已被明顯衰減。我們選擇示波器掃描頻率為 5ms／ div。電路由一個(gè)幅度為 12V，頻率可調(diào)的交流電壓源提供輸入信號(hào)。 （ 4）交流分析 (AC Analysis) 停止 Multisim 仿真分析 (Multisim 仿真分析與交流分析不能同時(shí)進(jìn)行 )，在主菜單欄中 simulate 項(xiàng)中選擇 Analysis 中的 AC Analysis。而低頻情況下的理論計(jì)算結(jié)果 AUP=；即在高頻情況下輸出信號(hào)的幅度為輸人信號(hào)的 倍，電路的放大作用理想?？v軸每格均代表 5V，輸出方式為 Y／ T 方式。 Aup=1+Rf/R1= 通帶截止頻率 fo F0=1/(2π RC)=2kHz (2) 虛擬示波器分析 在 Multisim 軟件的虛擬儀器欄中選擇虛擬雙蹤示波器，將示波器的 A、 B 端分別連 接到電路的輸入端與輸出端，再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，得到如下波形。下半部分是一個(gè)二階 RC濾波電路，由兩個(gè)電阻 R2， R3 及兩個(gè)電容 C1， C2 構(gòu)成。 （ 3）幅頻特性分析 在 Multisim 軟 件的虛擬儀器欄中選擇虛擬波特儀，將波特儀的輸入輸出端分別連接到電路的輸入端與輸出端，再點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真，得到如下波形 : 12 圖 43 二階低通濾波器電路的幅頻特性曲線 該低通濾波器的通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零 ,衰減率可達(dá)到每十倍頻 40 分貝 ,濾波特性很理想 , 從圖中可以看出截止頻率fo=，與理論計(jì)算結(jié)果相符。從圖 42還可以看出，在輸入信號(hào)頻率較大 (如 1 kHz)時(shí)輸出信號(hào)的幅度明顯小于輸入信號(hào)的幅度 ,說明信號(hào)已被明顯衰減。我們選擇示波器掃描頻率為 1 ms／ div。 （ 1） 理論分析 通帶電壓放大倍數(shù) AUP 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 低頻下，兩個(gè)電容相當(dāng)于開路，此電路為同相比例器。 R1 為 15kΩ， Rf為 。他還能進(jìn)行實(shí)際無法或不便進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容，通過儲(chǔ)存和打印等方法可精確記錄器實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方 式，具有豐富的仿真分析能力。反之則為帶阻濾波器。 8 當(dāng) 時(shí)，幅頻特性曲線的斜率為 +40 dB/dec；當(dāng) upA≥ 3 時(shí)，電路自激。 只要將圖 33低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成 二階有源高通濾波器，如圖 33(a)所示。 當(dāng) 23upA??時(shí)， Q1，在 處的電壓增益將大于 ，幅頻特性在 處將抬高如圖 22所示。它由兩級(jí) RC 濾波環(huán)節(jié)與同 相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容 C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。濾波器的階數(shù)越高 ,幅頻特性衰減的速率越快，但 RC網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁瑣，電路調(diào)試越困難。可用在信息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面，但因受運(yùn)算放大器頻帶限制，這類濾波器主要用于低頻范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)待確定其值的元件數(shù)目多于限制元件取值的參數(shù)之?dāng)?shù)目，因此有許多個(gè)元件均可滿足給定的要求，這就需要設(shè)計(jì)者自行選定某些元件值。對運(yùn)放頻率特性的要求，由其工作頻率的上限確定，設(shè)工作頻率的上限為 Fh,則運(yùn)放的單位增益寬帶應(yīng)滿足下式： BWG 大于等于（ 35）AefH，式中為濾波通帶的傳輸系數(shù)。多級(jí)濾波器串接時(shí)傳輸函數(shù)總特性的階數(shù)等于各級(jí)階數(shù)之和。 關(guān)于濾波器類型的選擇 由于巴特沃斯濾波器通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶內(nèi)則逐漸下降為零，在振幅的對數(shù)對角頻率的波特圖上，從某一邊界角頻率的增加而逐漸減少，趨向負(fù)無窮大，本次我選擇設(shè)計(jì)巴特沃斯二階有源低通濾波器和高
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