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二階壓控型低通濾波器設(shè)計(jì)
1. 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)一個(gè)二階壓控型低通濾波器,要求通帶增益為2,截止頻率為2KHz,可以選擇0.01uF電容器,阻值盡量接近實(shí)際計(jì)算值,電路設(shè)計(jì)完后,畫出頻率響應(yīng)曲線,并采用Multisim軟件進(jìn)行仿真分析。
2. 設(shè)計(jì)目的
(1) 進(jìn)一步掌握濾波器電路的工作原理和參數(shù)計(jì)算。
(2) 熟練使用Multisim進(jìn)行簡單的電路設(shè)計(jì)和仿真。
3. 問題分析與參量計(jì)算
3.1 問題的簡單分析
二階壓控型低通LPF電路基本原理圖可參照教材P345頁(如下)
而題目中已經(jīng)給出了電容的值,故我們所要做的只是確
2、定電阻阻值以及進(jìn)行電路合理的相關(guān)改善。
實(shí)驗(yàn)所選取的運(yùn)放器是μa741,實(shí)驗(yàn)是在Multisim環(huán)境仿真完成的。
3.2 計(jì)算電路相關(guān)參數(shù)
(1) 低通濾波器在通帶將內(nèi)電容視為開路,給電路引入負(fù)反饋從而滿足“虛短”、“虛斷”,通帶增益,則,取= 。
(2) 傳遞函數(shù):為方便計(jì)算,取,由“虛短”、“虛斷”及疊加定理,得
得到傳遞函數(shù):
令,取,,
(3) 當(dāng)為截止頻率時(shí),,令,則得方程,解得,因?yàn)?,取可解得電阻,由于?shí)際試驗(yàn)中難以的到10.1224的電阻,故實(shí)際試驗(yàn)中用10的電阻代替之
(4)入的信號(hào)源
最終得到的電路圖:
3.3二階壓控電壓源低通濾波器(
3、LPF)的幅頻特性
Q===1 ,所以Q=1的曲線即為此二階壓控電壓源低通濾波器(LPF)的幅頻特性。
4. 仿真觀察與分析
4.1 電路的仿真結(jié)果如圖
由幅頻特性圖可看出該二階壓控型低通濾波器的通帶增益為2,截止頻率近似為2,滿足設(shè) 計(jì)要求。
4.2 將信號(hào)源改為函數(shù)發(fā)生器,進(jìn)行仿真
(1) 當(dāng)輸入100mv,500Hz正弦波時(shí)得到輸入輸出波形為:
由圖知輸出的波形幅值變?yōu)檩斎氲膬杀蹲笥?,即?,說明時(shí)為通帶。
(2) 當(dāng)輸入100mv,2000Hz正弦波時(shí)得到輸入輸出波形為:
由圖知輸出的波形幅值變?yōu)檩斎氲谋蹲笥?,說明為其截止頻率。
4、(3) 當(dāng)輸入100mv,100kHz正弦波時(shí)得到輸入輸出波形為:
由圖知輸出的波形幅值約為零,說明為其阻帶。
4. 結(jié)論
改變輸入頻率時(shí)候,輸入信號(hào)頻率越高(越接近濾波器截止頻率),則信號(hào)幅值變得越?。ㄍ瑫r(shí)相移越大),遠(yuǎn)低于濾波器截止頻率的信號(hào)的幅值基本不會(huì)改變,相移改變也小。遠(yuǎn)高于濾波器截止頻率的信號(hào)輸出幅值接近于0,這正是濾波器的作用。
綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,所設(shè)計(jì)的電路符合題目要求,結(jié)果是正確的。
5. 實(shí)驗(yàn)感悟與心得體會(huì)
通過對(duì)二階壓控型低通濾波器的設(shè)計(jì),使我對(duì)基本模擬運(yùn)放電路電路有了更深的理解,并且也熟悉了Multisim的使用方法。當(dāng)然這一設(shè)計(jì)和仿真過程也讓我意識(shí)到自身的許多不足,今后我會(huì)更加努力的去學(xué)習(xí)模擬電子電路的基本知識(shí),為設(shè)計(jì)出更好地電子元器件獻(xiàn)出自己的一份力!同時(shí)感謝這學(xué)期老師為我們辛勤的付出!
參考文獻(xiàn):
[1] 王淑娟 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社
[2] 王立欣 電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 高等教育出版社
[3] 百度百科
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