【正文】 s law: RI=FI 即（ IU NU ） /R =（ NU oU ） / fR 得： oU =IFURR? Thus know that the output voltage U0 and the ratio of input voltage Ui said the relationship between the opposite direction, changing the ratio of coefficients, namely, two resistors of resistance to change can change the value of output voltage. Reverse the ratio of operational amplifier circuits for the performance of a certain performance requirements, such as the input signal to a ce。 A known as the op amp39。 最后，我更要向在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位導(dǎo)師表示感謝及衷心的祝福。不在為我人生路而迷茫，真正體會到了書到用時方恨少，你們就是我人生路上的燈塔和方向。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)和成果，如果沒有各位學(xué)術(shù)研究者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝我的老師和同學(xué)，在我寫論文的過程中不僅給予我了很多的素材，而且還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。因此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示衷心的感謝。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 謝 辭 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師洪秋媛老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！感謝我的學(xué)校，給了我學(xué)習(xí)的機(jī)會，在學(xué)習(xí)中，洪秋媛老師給予了我細(xì)致的指導(dǎo)，給了我許多寶貴的意見，洪 秋媛老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)品質(zhì)、兢兢業(yè)業(yè)和孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生很大影響。而且他畢竟是一種模擬實(shí)驗(yàn)的方法，它與實(shí)際電路仍有很多的差別之處。采用 Multisim 仿真軟件進(jìn)行開發(fā)電路實(shí)驗(yàn)更加能夠啟發(fā)和拓寬實(shí)驗(yàn)者的思路，從而使從驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的老式思維發(fā)展到對電路的分析與故障的排除和電路的設(shè)計(jì)上。將Multisim仿真軟件運(yùn)用到電路教學(xué)真是一大亮點(diǎn)，這樣能夠使學(xué)習(xí)效果不但到達(dá)事半功倍的效果而且節(jié)約了教學(xué)成本，更加能使此調(diào)動學(xué)生們的積極性。在上面的實(shí)驗(yàn)中你也能夠體會到，實(shí)驗(yàn)室中有的它都能做，然而實(shí)驗(yàn)室沒有的它也能都滿足你的需要。和理論知識基本上是一致的。再整個畢業(yè)設(shè)計(jì)中一共進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其中：放大電路的仿真與分析、一階 RC電路的仿真與分析 、濾波電路的仿真與分析。從圖 317（ a）中可以讀出它的通帶增益為 左右，與設(shè)計(jì)值接近；從圖317（ b）中我們就可以讀出它的中心截止頻率為 501kHz，通過仿真該設(shè)計(jì)與理論值很接近。低通有源濾波器的幅頻特性如圖 316（ b）所示。在所有所需設(shè)置參數(shù)的硬件設(shè)備設(shè)置完畢后，在 Multisim仿真軟件中點(diǎn)擊仿真開關(guān)開始進(jìn)行仿真分析。電路的輸入信號和電路的 輸出信號分別使用示波器 XSC1 的兩個通道A， B監(jiān)視。 圖 315 二階帶阻濾波器電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 在建立好的上圖 315 中，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求來設(shè)置一些硬件的參數(shù)。 我們?nèi)?C = F? ，根據(jù)參數(shù)公式計(jì)算得出， ??7961R , ?? kR 3182 , ??7943R 。 （ 2） 阻帶中心處的角頻率公式221o 1CRR??= 5002 ?? 。 （ a）電路圖 （ b）頻率特性 圖 314 二階帶阻濾波器 2. 電路性能參數(shù) 通帶電壓放大倍數(shù) UFA ： 4FUF 1 RRA ?? 阻帶中心處的角頻率 o? ： oo fCRR ?? 21 221 ??， 213 RRR ? 品質(zhì)因數(shù) Q ： 1221 RRQ? 濾波器的組帶寬 B : 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 CRQB o 22??? 3. 電路設(shè)計(jì) 在這里我們設(shè)計(jì)了一個有源二階帶阻濾波器，它的要求分別為：通帶中心頻率 Hz500?of ，通頻帶增益 ufA =1，帶寬 Hz50?B 。 圖 313 二階帶通濾波器輸入、輸出波形 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 帶阻濾波電路的仿真分析 1. 帶阻濾波器 帶阻濾波器的性能雖然與帶通濾波器相反，但卻都是在一個規(guī)定的頻率范圍之內(nèi)，信號不能通過（或者是受到非常大的抑制或衰減），而能夠通過是不在頻率范圍信號之內(nèi)的，如圖 314 所示。此時電路的輸入波形和輸出波形方會在示波器 XSC1 中顯示出來，波形如圖 313 所示，低通有源濾波器的幅頻特性如圖 312（ b）所示。用波特圖測試儀 XBP1 來測量電路的頻率響應(yīng)，設(shè)置器參數(shù)如下圖 312（ a）所示。在即將要仿真電路中把函數(shù)發(fā)生器 XFG1 所提供的輸入信號設(shè)置為：幅度欄中為500mV、頻率欄中為 5kHz，波形欄中為正弦波信號。 圖 311 二階帶通濾波器 4. 電路仿真 在電路仿真之前我們要把準(zhǔn)備工作做好，只有這樣我們才能得 到想要的結(jié)果。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 3. 實(shí)驗(yàn)電路 在 Multisim 仿真軟件中找出自己設(shè)計(jì)的電路中所需要的元器件設(shè)置好參數(shù)并搭建好帶通濾波器電路，如下圖 311 所示。其實(shí)將二階有源低通濾波器中的一級改為高通就可構(gòu)成較為典型的帶通濾波器，如 下圖 310所示。 1. 帶通濾波器的特性 帶通濾波器就是一個只允許在某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，只要低于通頻帶下限頻率或比上限頻率高的信號就全部加以抑制或衰減，在這里我們需要注意的是：必須要求在高通的下線截止頻率時一定要小于低通的上限截止頻率。對于濾波器的幅頻響應(yīng)，常把能夠通過信號的頻率范圍定義為通 帶，而把受阻或衰減信號的頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。如果給出合理的誤差范圍，這種結(jié)果是非常接近理論值的。 （ a）高通濾波器的通帶增益 （ b）高通濾波器的截止頻率 圖 38 二階高通濾波器幅頻特性 在 示波器 XSC1中我們能看出輸出波形和輸入波形的比例大約是 2倍，從圖 38洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 （ a）我們可以看出它的仿真結(jié)果通帶增益為 ，當(dāng)我們手動操作把它下降了3dB大約為 ，這個時候的頻率我們從圖 38（ b）中能夠看出大約為 ，也就是截止頻率。在所有所需設(shè)置參數(shù)的硬件設(shè)備設(shè)置完畢后，在 Multisim 軟件中點(diǎn)擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真分析。電路的輸入信號 iU 、輸出信號 oU 用示波器 XSC1 的兩個通道 A， B分別觀測。 圖 36 二階高通濾波電路 同通低通濾波電路仿真分析步驟一樣，首先在建立好的上圖 36 中，根據(jù)自洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 己的設(shè)計(jì)要求來設(shè)置一些硬件的參數(shù)。運(yùn)算放大器采用 TL081。 由公式 CfR o?2 1? 我們可以計(jì)算得出 ?? k10R ，取其標(biāo)稱值 ?k 。 (a) 電路圖 （ b）幅頻特性 圖 35 二階有源高通濾波器 二階高通濾波器的通帶增 益 upA 為： 1Fup 1 RRA ?? 二階高通濾波器的截止頻率是二階有源高通濾波器通帶與阻帶的界限頻率of ： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 RCfo ?2 1? 當(dāng) off?? 時，此時高 通有源濾波器的幅頻特性曲線的斜率為 +40dB/十倍頻；當(dāng)3up?A 時，高通濾波電路會產(chǎn)生自激。從其兩者的電路相似性也大概可以推出，高通濾波器和低通濾波器兩者有著相反的性能，它們的頻率響應(yīng)自然而然就是相反的關(guān)系，從而我們按照低通濾波電路的分析方法不難求得高通濾波電路的幅頻特性，如圖 35（ b）所示。 高通濾波電路的仿真分析 高通有源濾波器和低通濾波器恰恰有著相反的特性，高通濾波器用來通過高頻信號，而阻擋或衰減低頻信號，說白了就是不讓低頻率通過。 （ a）低通濾波的通帶增益 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 （ b) 低通濾波器的截止頻率 圖 33 低通濾波器的頻率特性 在示波器 XSC1中我們能看出輸出波形和輸入波形的比例大約是 2倍，從圖 34（ a）我們可以看出它的通帶增益為 ，當(dāng)我們手動操作把它下降了 3dB 大約為 時，這個時候與它對應(yīng)的頻率我們從圖 34（ b）中可以看出大約為 10kHz，也就是截止頻率，通過仿真表明該設(shè)計(jì)與理論值很接近。在所有所需設(shè)置參數(shù)的硬件設(shè)備設(shè)置完畢后，在 Multisim 軟件中點(diǎn)擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真分析。電路的輸入信號 iU 、輸出信號 oU 分別應(yīng)用示波器 XSC1 的通道 A， B監(jiān)測。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 32 二階低通濾波器 在建立好的上圖 32 中，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求來設(shè)置一些硬件的參數(shù)。 4. 電路仿真 在 Multisim 軟件中找出自己設(shè)計(jì)的電路中所需的元器件并設(shè)置好它所需要的參數(shù)，接著搭建好低通有源濾波器電路即可，如下圖 32 所示即是已經(jīng)建立好的二階低通有源濾波器。 有公式 upA ，則 1/ 1F ?RR ，取 ?? k101R ， ?? k10FR 。它的要求分別為：使最終它的截止頻率為 10Kz；而且在 選用電容選用 1nF，使電壓增益 upA 等于二。因此，我們在實(shí)驗(yàn)的時候一定要非常非常的小心，盡我們最大的可能來避免產(chǎn)生自激的可能。而且由于將電容 C1接到了輸出端上，這樣就等于在高頻的一端給低通濾波器加了一些正反饋的能量，所以在高頻端的放大倍數(shù)必定會有所升高，甚至有非常大引起自激蕩的可能。 二階低通濾波器的通帶增益 upA 為： 1Fup 1 RRA ?? 二階低通濾波器的截止頻率是二階有源低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 of ： RCfo ?2 1? 二階低通濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q 的大小影響低通有源濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀： upAQ ??31 在 2 upA 3 時， Q 1,在 off? 處的電壓增益將大于 upA ，幅頻特性在 off? 的時候?qū)⑸?，如圖 32 所示。 對于其主要參數(shù)的計(jì)算是一個非常重要的過程。 （ a）電路圖 （ b）頻率特性 圖 31 二階低通濾波器 2. 電路性能參數(shù) 二階低通濾波器的主要參數(shù)包括以下幾個內(nèi)容：通帶增益、 截止頻率、品質(zhì)因數(shù)。它是由兩級RC 濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路結(jié)合而成的，其中第一級電容 C 接至輸出端，給以適量的正反饋能量，來修正幅頻特性。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 低通濾波電路的仿真分析 1. 低通濾波器的 特性 通俗來講，用來通過低頻信號、衰減或抑制高頻信號的電路波形即是低通濾波器的作用。 盡最大可能降低在脈動的直流電壓中的交流電壓成分才是濾波電路的最終目的，它的直流成分才是我們要的結(jié)果，我們要使輸出的電壓波動大大降低，使波形變得沒有無波動。濾波器根據(jù)工作信號的頻率范圍可以分為四大類分別是低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。 濾波電路的作用最終意義上就是“選擇頻率”， 它的最終目的也就只讓一些需要的頻率的信號通過，而將另外一些不在允許范圍內(nèi)頻率的信號攔截，稱為濾波。根據(jù)高等數(shù)學(xué)的一些理論，滿足一定條件的任何一個信號，都可以被當(dāng)做是用無限多個正弦波共同作用的而成的。即大約 3? 4? 。 圖 225 輸入方波和輸出電容全響應(yīng)波 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 在圖 221 所示的 RC 一階電路中，不管是零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)，都存在這一個時間常 ? ，其實(shí)時間常數(shù)可以用電阻 R和電容 C的乘積來計(jì)算。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 224 一階 RC全響應(yīng)仿真電路 然后，在點(diǎn)擊圖中的函數(shù)發(fā)生器 XFG1 的圖標(biāo)，它會彈出上如圖 224中所顯示的一樣圖形，在彈出的函數(shù)發(fā)生器 XFG1 面板參數(shù)設(shè)置中，選擇方波信號，接著設(shè)置頻、占空比和幅值分別為 50Hz、 50%和 10V。這就是疊加定理應(yīng)用于線性動態(tài)電路的結(jié)果。從圖中也可看到電容 C1的電壓對時間的變化。仿真結(jié)果