电路课程设计---低通滤波器.docx

题目：低通滤波器一、设计目的掌握低通，高通滤波器工作原理，设计滤波器电路；画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握滤波器工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。二、设计题目技术指标要求：通带边界频率ωc=3140rad/s（fc=500Hz）； 通带最大衰减αmax=3dB；阻带边界频率ωs=18840rad/s（fs=3000Hz）；阻带最小衰减αmin=30dB；三、设计要求滤波器设计步骤如下：根据技术指标设计出符合要求的滤波器的电压转移函数。根据转移函数设计出电路图。首先设计出电路的结构组成，使其可以实现满足技术要求的相应滤波器的功能；然后确定所设计出的电路中的各元器件参数。具体计算时最好先选择合适的电容C的值，这样可避免计算出的C值太大或太小。计算机上进行仿真。仿真时首先在Workbench仿真软件下画出电路图，并给各元件赋上自己所确定的参数，然后运用虚拟仪器波特图仪和示波器分析所设计的滤波器的幅频特性，观察幅频响应曲线，如果与理想曲线接近就可到实验室作出实物，否则应该进一步检验所设计的电路及各个元件参数是否正确。仿真过程中应Copy下仿真电路的幅频特性曲线、相频特性曲线，并在特性曲线上标注截止频率点。 实验室作出实际电路并检查无误后就可用示波器观察其幅频特性。实验过程中，要求记录不同输入频率时，输出波形幅值的变化规律，实验完毕采用描点法将输出幅值随输入信号频率的变化规律在幅频特性曲线上绘出，其波形变化规律应与仿真结果一致。实验完毕，总结实验结论，并分析理想的滤波器特性与自己所设计的滤波器特性接近程度，如果比较接近说明设计的较为理想，否则应该分析出误差较大的原因并在设计报告上写出分析过程。最后所交上的设计报告应包括的内容：1.根据技术要求确定滤波器电压转移函数的详细推导过程。2.根据所推出的滤波器电压转移函数设计滤波器电路图的设计过程，所设计出的电路图中的各元件参数的选择方法和详细计算过程及最后确定的实际元件的参数值。3.Workbench仿真软件下的仿真过程及结果分析，其中包括所设计电路的幅频特性曲线、相频特性曲线，并在特性曲线上标注截止频率点；不同输入频率时，在示波器上观测到的输出幅值的变化规律。要求仿真曲线必须用计算机打印出来，并在图上打印上设计者姓名。4.实验室所做电路特性分析及其误差分析。四、实验室所能提供元器件 电阻、电容、运算放大器五、实验室所能提供设备双踪示波器、扫频仪、电路板、信号发生器、稳压电源六、设计方案及结果低通滤波器低通滤波器是一种能让从直流到截止频率的低频分量通过，同时衰减或抑制高频分量的器件。其特性用幅频特性曲线来表示，此处幅频特性指的是电压转移函数的振幅对频率或的变化曲线。理想的低通滤波器的幅频响应曲线如图1虚线所示，但这种幅频特性实际上是无法实现的，实线所示则是接近理想的实际情况。通常称区间为通带，区间为阻带，为过渡带。称为截止角频率(或者用表示，)，它的定义是当下降为最大值的1/倍时的频率。通带内最大衰减指的是在通带以内的幅度比其最大值衰减不能超过，阻带内最小衰减为指的是在阻带以内的幅度比其最大值衰减不能小于。 图1 低通滤波器的幅频特性曲线接近理想的二阶低通滤波器可由以下电压转移函数表示： (1)式中K —— 通带电压增益。低通滤波器的增益是它的传递函数在s=0时的值，由上式可知其增益为K 。类似，高阶低通滤波器的转移函数可用一个n阶电压转移函数来表示，此时其分母是n次多项式。推导过程:节点1：节点2：因为是理想运放，所以：又：联立上述方程组解得(既转移函数)：计算过程：参考频率：;通带边界频率：;阻带边界频率：; ; ;对比两个转移函数令：由上式解得：电路图为：Ewb仿真结果：通带最大衰减amax=3dB阻带最小衰减amin=30dB通带内频率f=250Hz截止频率f=500Hz过渡带内频率f=2000Hz阻带边界频率f=3000Hz阻带内频率f=5000Hz实际电路结果：250Hz 20V衰减0dB8格*2V=16V3KHz 20V衰减30dB2格*0.2V=0.4V此电路通带最大频率：500Hz;阻带最小频率：3KHz七、设计总结 通过本次课程设计，我了解了滤波器的工作原理，参数设计，计算，加深了对转移函数及归一化原理的理解，体验到了课程设计中的快乐!八、参考文献百度网站 电路基础 电路分析基础说明书《电路基础》课程设计报告书1