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1、长沙学院课程设计说明书题目有源高通滤波器电路设计系（部)电子与通信工程系专业（班级）电气工程及其自动化姓名学号指导教师起止日期模拟电子技术课程设计任务书系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师:课题名称有源高通滤波器电路设计设计内容及要求1. 技术参数设计一个能阻挡低频信号，输出高频信号的有源高通滤波电路；2. 设计要求（1）举例说明所设计的有源高通滤波器的广泛应用，并熟悉芯片LM741EN的各引脚功能，以及其应用。简要说明电路的工作原理。（2）计算并选择电路元件及参数；（3）仿真调试电路；（4）撰写设计报告及使用说明书。设计工作量1、系统整体设计；2、系统设计及仿真；3、在
2、Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程， 参考文献、设计总结等。进度 安 排起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料第二天设计方案论证第三天进行具体设计第四天进行具体设计第五天编写设计说明书教研室 意见年 月 日系（部）主 管领导意见年 月 日长沙学院课程设计鉴定表姓名学号专业 电气工程及其自动化 班级设计题目有源高通滤波器电路设计指导教师指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期：答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：一日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期：系（部）
3、意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目录摘要51. 电路设计61.1 .电路元件及参数的选择61.2. 电路原理图绘制62. 电路的仿真72.1 .使用 Multisim9仿真波特图示仪72.2. 使用 Multisim9 仿真示波器72.2.1. 输入信号频率小于截止频率时的仿真72.2.2 .输入信号频率等于截止频率时的仿真82.2.3 .输入信号频率大于截止频率时的仿真8参考文献9设计总结9摘要滤波器是一种能使有用信号通过而大幅抑制无用信号的电子装置。常用来进行信号处理、数据传输和 抑制噪声等。以往这种滤波电路主要采用无源R、L和C组成
4、，20世纪60年代以来，集成运放获得了迅 速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运 放的开环电压和输入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 但是，集成运放的带宽有限，所以目前有源滤波电路的工作频率难以做的很高，以及难于对功率信号进行 滤波，这是它的不足之处。1在实际电子系统中，有源滤波器运用广泛，输入信号往往是含有多种频率成 分的复杂信号，可能还会混入各种噪声、干扰及其它无用频率的信号，因此需要设法将有用频率信号挑选 出来、将无用信号频率抑制掉。完成此任务需要具有选频功能的电路。本文主要内容是设计一个能
5、阻挡低 频信号、输出高频信号的有源高通滤波电路，以及利用Multisim9对电路进行仿真。本电路所用到的运算 放大器LM741EN，它的管脚1和5为调零端，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6 为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端。Multisim是美国国家仪器（NI）有限 公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原 理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交 互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了 SPICE仿真的复杂内
6、容，这样工程师无需 懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通 过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真 再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。关键词：滤波器运算放大器有源滤波电路有源高通滤波电路Multisim 电路仿真1.1 .电路元件及参数的选择设定有源高通滤波器通带增益A0 =L截止频率fc= 1000Hz , Q为0.707。 取基准电容C0 = 10nF，则基准电阻R。- 1 /(2f C0 ) = 15.923kQ , 各元件的参数计算如下：C - C2 - C
7、0 - 1 /(2兀f R0) - 10 nFC3 - C0 /A0 - 10nFR - R0/Q( 2 +1 / A。) - 7.507kQR2 - R0Q( 1 + 2A0 ) - 33.773kQ根据理论计算结果，取所有元器件参数的标准值，则可以确定电路的元器件使用情况。1.2 .电路原理图绘制在确定元器件后即可使用Multisim9完成电路原理图的绘制，如图1-2为有源高通滤波器电路原理图。图1-2有源高通滤波器电路原理图2.1.使用Multisim9仿真波特图示仪如图2-1波特图示仪仿真图像所示，通过仿真得到的幅频特性曲线与电路理论的计算值相吻合。电路截止频率为1000Hz左右。翊波
8、侍图示快-XBP1图2-1波特图示仪仿真图像2.2.使用Multisim9仿真示波器此有源高通滤波器电路设计的截止频率f 1000Hz。通过调节电路输入信号频率，仿真可分为输入 C信号频率小于截止频率时的仿真、输入信号频率等于截止频率时的仿真、输入信号频率大于截止频率时的 仿真。观察图1 -2可知，A通道（橙色波形）显示的是输入信号波形，B通道（红色波形）显示的为输出 信号波形2.2.1. 输入信号频率小于截止频率时的仿真如图2-2-1所示，将输入信号频率调节到300Hz，小于截止频率，此时可观察到输出信号被明显抑制。示波器-XECII 姿2.2.2 .输入信号频率等于截止频率时的仿真尝试将输
9、入信号频率调节到与截止频率相等，即为1000Hz。如图2-2-2所示，发现该电路对输出信号 还是有少许抑制作用，图中可得，输入信号波形的波峰大约为1.414V,输出信号的波峰大约为1.011V， 所以有如下计算：1.011V/ 1.414V a 0.715 aQ与图2-1所示的波特图示仪内容相符合。4T1 ll *1TZ T1jiSii_A通迨*243. 447 us1.414 V-13.706 mV49&. 694 g27. 59Q mV1_ 01 1 V240.-4-47 us-1.305 V1-024 保存 1七r口Ti 占；昂二号 kPn J比例 Knnx位置厂加活|时代| ME |比
10、例 lRnn mV/TIEi位置 pAC | | | DCim jj=i jj比例1寸口 mUjEw位击 叵AC | 口 | UD - | LS& 正irr脸 电平|oI v类型正弦际匿白母1天1图2-2-2输入信号频率为1000Hz时示波器的仿真图像2.2.3 .输入信号频率大于截止频率时的仿真当输入信号频率设置在大于截止频率的5000Hz时。其输入、输出波形在示波器显示如图2-2-3，输 入输出波形只是方向相反，信号强度并没有发生衰减。所以在截止频率以上的信号可以无衰减通过。示波器*3 .参考文献【1】康华光.电子技术基础【Z】.北京：高等教育出版社，2006, 413413.设计总结个人
11、感觉这次的课程设计中途虽有波折，但是还算顺利。在周一上午老师开题后，当天我就开始四处 查阅资料，设计电路，由于该电路并不复杂，而且在之前的模电理论课学习中也有所涉及，所以周一晚上 虽然因为安装Multisim出现了一些问题耽误了很多时间，但最终还是按时完成了电路的设计以及模拟。此次进行有缘高通滤波器电路的设计是大学期间第一次进行课程设计，对于课程设计这个概念之前我 也感觉非常新鲜，只有当本周一坐在教室听完了老师的讲解后，才真正地理解了课程设计的含义一一完全 自主的完成一个课题。就说说通过完成我自己的有源高通滤波器电路设计这个课题的过程中的一点小感悟 吧。这次课程设计我做得很快，也算是在和自己较劲，我感觉虽然时间很短，但是通过这次课程设计学到 的东西却不是几节理论课能够比拟的。首先，理论上的东西毕竟理解上不够清晰，可是在这两天，通过网 上和图书馆各种书籍与资料的查阅，再加上和同学的深入交流探讨，感觉自己在滤波电路这一块的思路清 晰了很多。其次，对我来说，课程设计同样是对自己意志很大的磨练，仅仅只靠自己的力量来独立的完成 课题，不要让自己想着等别人做完了去“参考参考”，也不要学一些同学拖拖拉拉，本来一周要完成的设 计，弄到第二周还没弄完。认认真真的对待，耐心细致的对待，就能够从中收获很多！
