【正文】 設(shè)計與仿真 .................................................................................................................. 9 設(shè)計思路 ....................................................................................................................... 9 低通濾波器理解分析與計算 ....................................................................................... 9 電路仿真及結(jié)果 ......................................................................................................... 12 仿真軟件簡介 ................................................................................................ 12 仿真電路及結(jié)果 ............................................................................................ 13 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 26 致 謝 ...................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 1 頁 1 引言 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。但實際濾波器不能達(dá)到理想要求。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級聯(lián)而成。自 60年代起由于計算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可 靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70年代以后的主攻方向。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。從整體而言，我國有源濾波器發(fā)展比無源濾波器緩慢，尚未大量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國濾波器研制和生產(chǎn)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，為縮短這個差距，電子工程和科技人員負(fù)有重大的歷史責(zé)任。 有源濾波器由電阻、電容和有源 器件（如集成運放）組成，具有電路體積小重量輕、通帶內(nèi)信號可放大、精度高、性能穩(wěn)定、易于調(diào)試、負(fù)載效應(yīng)小、可多級相連構(gòu)成高階濾波器等諸多優(yōu)點。它是在運算放大器的基礎(chǔ)上增加一些 電阻 、 電容 等無源元件而構(gòu)成的。 隨著集成電路的迅速發(fā)展，近幾年來，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子設(shè)備日趨 小型化。 本 次設(shè)計 的基本內(nèi)容 本次低通濾波器設(shè)計所涉及的基本內(nèi)容大概有常見濾波器的分類，低通濾波器的設(shè)計步驟，主要元件介紹，元件參數(shù)的計算， Multsim 10 簡介電路設(shè)計及仿真 ，實物制作及調(diào)試。 )(jaΩHΩΩΩΩ低通帶通 帶阻高通)(ja ΩH)(jaΩH)(ja ΩH0 00c 圖 各種理想濾波器的幅頻特性 根據(jù)“最佳逼近特性”標(biāo)準(zhǔn)分類可分為： (1) 巴特沃斯濾波器 從幅頻特性提出要求，而不考慮相頻特性。切貝雪夫濾波器與巴特沃斯濾波器進(jìn)行比較，切貝雪夫濾波器的通帶有波紋，過渡帶輕陡直，因此，在不允許通帶內(nèi)有紋波的情況下，巴特沃斯型更可??；從相頻響應(yīng)來看，巴特沃斯型要優(yōu)于切貝雪夫型， 通過上面二圖比較可以看出，前者的相頻響應(yīng)更接近于直線。 圖 LPF 的幅頻特性曲線 簡單一階低通有源濾波器 一階低通濾波器的電路特點是電路簡單，阻帶衰減太慢，選擇性較差。 二階 LPF 的電路圖如圖 所示，幅頻特性曲線如圖 所示。但在通帶截止頻率 fp→ f0 之間幅頻特性下降的還不夠快。 (4)解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值。巴特沃斯濾波器在通頻帶中部區(qū)域有很平坦的頻率響應(yīng)，雖然在靠近 3dB 點的區(qū)域多少有點欺負(fù)。達(dá)到這么陡峭的衰減是要付出代價的 代價是通頻帶內(nèi)的電壓波動，被稱為通帶波動。 低通濾波器理解分析與計算 圖 為二階低通濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（其中 R3=R2=R， C1=C2=C）。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 表 濾波電路電阻電容表 參數(shù)值 截止頻率 R C RC 計算值 100kHz 10K 160PF ?? 200kHz 10K 80PF ?? 500kHz 10K 30PF ?? 又通帶增益為 AF 為 ~4 可調(diào)，濾波電路采取的是同相輸入，則第一級中通帶增益為1f1f1up RR1R RRA ???? ? ，第二級通過開關(guān)調(diào)節(jié)將運放切換成同相放大器和反相放大器兩種狀態(tài)。 Multisim軟件前身是是加拿大 IIT公司在 20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（ Electronics Workbench），后來， EWB將原先版本中的仿真設(shè)計模塊更名為 Multisim,之后又相繼推出了 Multisim202 Multisim 7 等各個版本。 要強(qiáng)調(diào)的是， NI Multisim10 軟件則不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，其在LabVIEW 虛擬儀器、單片機(jī)仿真等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于 EDA 技術(shù)的更高層次范疇。 圖 100kHz 低通濾波器仿真電路圖例 1 啟用交流分析法測試電路的幅／相特性。而且由頻率響應(yīng)曲線可知，其截至頻率就在 100kHz附近，與設(shè)計要求的吻合。 通過開關(guān)重新組合電路，重復(fù)仿真步驟并記錄仿真結(jié)果。 利用 Multsim進(jìn)行其他濾波器的仿真測試，得到結(jié)果如下表 所示。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 圖 60kHz 信號源輸入時測試結(jié)果 圖 所示為 70kHz時低通濾波器的測試結(jié)果，從圖片中可以看出輸出的結(jié)果基本和信號源同頻 ，輸出電壓從信號源的，從圖片中可以看出輸出的結(jié)果基本和信號源同頻，通過調(diào)動滑動變阻器，輸出電壓從信號源的 100mv 變化為 200mv，通帶增益變成了 2，由于低通濾波部分電路增益固定不變，由此說明該設(shè)計可實現(xiàn)通帶增益的調(diào)節(jié)。 這次的畢業(yè)設(shè)計從仿真到實物制作、調(diào)試已經(jīng)符合了本次設(shè)計的要求，實現(xiàn)了低通濾波器的功能，并且能夠在通頻帶 內(nèi)調(diào)節(jié)增益，是一次成功的設(shè)計。 我清楚的記得在設(shè)計一開始，因為我從來沒有直接接觸過老師，所以總是有點害怕的感覺，再加上自己對設(shè)計的題目也比較陌生，但是的感覺就是萬分的艱難。 時間總是一去不復(fù)返，短短的一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計時間馬上就要接