模擬電子課程設計

長沙學院

課程設計說明書

模擬電路課程設計任務書

一．設計題目

有源低通濾波器電路設計

二．技術引數和設計要求

1. 技術引數

設計乙個能阻擋高頻訊號，輸出低頻訊號的有源低通濾波電路；

2. 設計要求

（1）根據技術引數設計電原理圖;

（2）計算並選擇電路元件及引數(含電源變壓器)；

（3） **除錯電路；舉例說明所設計的有源高通濾波器的廣泛應用，簡要說明電路的工作原理。

（4）撰寫設計說明書。

三．設計工作量

設計時間一周，2023年下學期進行。

四．工作計畫

星期一：布置設計任務，查閱資料；

星期二~星期三：設計方案論證，進行電路設計，計算並選擇電路元件及引數；

星期四：**除錯電路

星期五：撰寫設計報告書，進行個別答辯。

五．參考資料

1．彭介華，《電子技術課程設計指導》，北京：高等教育出版社，1997；

2．高吉祥，《電子技術基礎實驗與課程設計》，北京：電子工業出版社，2005；

3．童詩白，《模擬電子技術基礎》，北京：高等教育出版社，1988；

4．康華光，《電子技術基礎——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006

5．本課程教材

六．指導教師

***************x

七．系部審批

長沙學院課程設計鑑定表

目錄引言5

※一設計任務與要求5

1.1 設計任務5

1.2 設計要求6

※二實驗經過6

2.1 實驗原理6

2.2 實驗步驟7

2.2.1濾波器的選擇7

2.2.2 一階低通有源濾波器8

2.2.3 二階低通有源濾波器10

2.3工作原理及電路圖的原理圖和pcb圖13

※三低通濾波器在生活中的應用…………..14

3.1在焊接中的應用14

※四實驗總結15

參考文獻16

引言對訊號進行分析與處理時, 常常會遇到有用訊號疊加上無用雜訊的問題, 這些雜訊有的是與訊號同時產生的, 有的是傳輸過程中混入的。因此, 從接收的訊號中消除或減弱干擾雜訊, 就成為訊號傳輸與處理中十分重要的問題。根據有用訊號與雜訊的不同特性, 消除或減弱雜訊,提取有用訊號的過程稱為濾波, 實現濾波功能的系統稱為濾波器。

濾波器的功能就是允許某一部分頻率的訊號順利地通過，而另外一部分頻率的訊號則受到較大的抑制，它實質上就是乙個選頻電路，所以濾波器也稱為選頻裝置。工程上常用它來作為訊號處理、資料傳送和抑制干擾等，廣大應用於通訊、電子工程、儀器儀表等領域。

濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種： ① 無源濾波器:② 有源濾波器:

一般由整合運放與rc網路構成，它具有體積小、效能穩定等優點，同時，由於整合運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩衝作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的訊號，衰減無用頻率的訊號，抑制干擾和雜訊，以達到提高訊雜比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應用於通訊、測量及控制技術中的小訊號處理。

從功能來上有源濾波器分為：

低通濾波器（lpf）、高通濾波器（hpf）、

帶通濾波器（bpf）、帶阻濾波器（bef）、

全通濾波器（apf）。

對於有源濾波器，通帶內的訊號不僅沒有能量損耗。而且還餓可以放大，負載效應不明顯，多級相聯時互相影響很小，利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器，並且濾波器的體積小，重量輕、不需要磁遮蔽（由於使用電感元件）；但是其通帶範圍受有源器件（如整合運放放大器）的頻寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場合不適合。

一般還可以按照有源濾波器傳輸函式分母中s的最高指數分為一階、二階和高階濾波器，濾波器的階數是指在濾波器的傳遞函式中有幾個極點，階數同時也決定轉折區的下降速度，一般每增加一階（一點極點），就會增加—20db每十倍頻程。

低通濾波器是乙個通過低頻訊號而衰減或抑制高頻訊號的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內應具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內其幅值應為零。有源濾波器是指由放大電路及rc網路構成的濾波器電路，它實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。

濾波器的階數越高，幅頻特性衰減的速率越快，但rc網路節數越多，元件引數計算越繁瑣，電路的除錯越困難。根據指標，本次設計選用二階有源低通濾波器。

課程設計是理論聯絡實際的重要實踐教學環節，是對學生進行的一次綜合性專業設計訓練。本次課程設計主要注重的是電子電路的設計、**、安裝、除錯、印製電路板等綜合於一體的一門課程，意在培養學生正確的設計思想方法以及思路，理論聯絡實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態度,培養學生綜合運用所學知識與生產實踐經驗，分析和解決工程技術問題的能力。作為一名大學生不僅需要紮實的理論知識，還需要過硬的動手能力，所以認真做好課程設計，對提高我們的動手能力有很大的幫助做到。

※一、設計任務與要求

1.1 設計任務

1. 學習有源低通濾波器的設計方法；

2. 由濾波器的設計指標計算電路元件引數；

3. 設計二階rc有源低通濾波器；

4. 掌握有源低通濾波器的測試方法；

5. 測量有源低通濾波器的幅頻特性。

1.2 設計要求

1. 根據技術引數設計電原理圖;

2. 計算並選擇電路元件及引數；

3. **除錯電路；舉例說明所設計的有源低通濾波器的廣泛應用，簡要說明電路的工作原理；

4. 撰寫設計說明書。

※二、實驗經過

2.1 實驗原理

低通濾波器(low-passfilter)是容許低於截至頻率的訊號通過，但高於截止頻率的訊號不能通過的電子濾波裝置。

對於不同濾波器而言，每個頻率的訊號的減弱程度不同。當使用在音訊應用時，它有時被稱為高頻剪下濾波器, 或高音消除濾波器。

低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音訊裝置中使用的hiss 濾波器、平滑資料的數字演算法、音障（acoustic barriers）、影象模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了訊號的平滑形式。

低通濾波器在訊號處理中的作用等同於其它領域如金融領域中移動平均數（moving **erage)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。

濾波器的主要功能就是允許某一部分頻率的訊號順利地通過，而另外一部分頻率的訊號則受到較大的抑制，它實質上是乙個選頻電路，所以濾波器也稱為選頻裝置，工程上常用它用來作訊號處理、資料傳送及抑制干擾等，廣泛應用於通訊、電子工程、儀器儀表等領域。

在濾波器中，通常把能夠通過的頻率範圍，或者訊號幅度不衰減或只有允許程度衰減的頻率範圍，稱為通頻帶或通帶；反之，訊號受到很大衰減，或完全被抑制的頻率範圍稱為阻帶，通帶和阻帶之間的分界頻率為截止頻率。

理想的濾波器電路在通帶內應具有零衰減的幅頻響應和線性的相頻響應，而在阻帶內應具有無限大的幅度衰減。根據通帶和阻帶所處的頻率區域不同，一般將濾波器分成四類：

（1）低通濾波器

就是低頻訊號能通過，而高頻訊號不能通過的濾波器。它的通帶由零到某一特定的上限頻率，即0≤≤；阻帶由到無窮大。

（2）高通濾波器

與低通濾波器相反，就是只允許高頻訊號通過，而低頻訊號通過的濾波器。通帶位於大於某一特定下限頻率的高頻區，即≥；阻帶位於零到的低頻區。

（3）帶通濾波器

它的通帶位於兩個有限頻率、之間，即通帶為≤≤。通帶兩側都是阻帶。

（4）帶阻濾波器

與帶阻情況相反，它的阻帶位於兩個有限頻率之間，即阻帶為≤≤。阻帶兩側都為通帶。

通帶的衰減為零，阻帶的衰減為無窮大，從零衰減到無窮大衰減之間沒有過渡，這是理想濾波器的特性，這種特性是不可實現的。實際濾波器的通帶，特別是靠近截止頻率的頻率頻域往往有一定的衰減；同樣，它的阻帶，特別是靠近截止頻率處衰減也不是無窮大。或者說在零衰減和無窮大衰減之間總是存在著乙個過渡帶。

在實際設計濾波器時，應使其頻率特性盡量接近理想特性。

此外，當考慮濾波器的物理實驗時，根據所採用的元器件不同，將濾波器分為一下兩類。

一類是由電阻、電容、電感組成，不含有源器件，稱為無源濾波器。無源濾波器電路比較簡單，高頻效能好，多用在高頻域。缺點是通帶訊號有能量損耗，負載效應比較明顯，或濾波器效能雖負載變化較大，高階情況下調節比較困難。

另外由於使用了電感，體積和重量比較大，在低頻更是如此，不能用在超低頻域。

另一類是由電阻、電容和有源器件（如整合運算放大器）組成，稱為有源濾波器。有源濾波器由於採用了有源放大器，不僅可以補充無源網路中的能量損耗，還可以根據要求提高訊號的輸出功率。在使用運算放大器作為有源器件的濾波器中，由於運算放大器有許多優點，電路具有體積小、精度高、效能穩定、易於除錯等特點。

另外，由於運算放大器有高輸入阻抗、低輸出阻抗的特點，多級相聯時相互影響很小，可以用低階濾波器級聯的簡單方法構成高階濾波器，且負載效應不明顯。有源濾波器的限制主要是運算放大器固有特性的限制，一般來說他不適用於高壓、高頻、大功率的場合，而比較適用於低頻和超低頻的應用。

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