RC有源高通滤波器课程设计
科信学院
电子电路仿真及设计CDIO三级项目
设计说明书
（2012/2013学年第二学期）
题目： __ 高通滤波器___ __ _____
专业班级：通信工程11级2班
学生姓名：吕阳
学号：110312230
指导教师：马永强、贾少锐、李晓东、付佳
设计周数：2周
2013年7月5日
目录
一直流稳压电源
1.1电源的设计及要求---------------------------------------------1 1.2基本原理分析-----------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真------------4 二振荡器
2.1振荡器的设计及要求-------------------------------------------6 2.2系统工作原理-----------------------------------------------------6 2.3电路设计原理图，实物图,参数计算及仿真--------------6
三滤波器
3.1滤波器的设计及要求-------------------------------------------11
3.2系统的设计方案
-------------------------------------------------11
3.3系统组成及工作原理
-------------------------------------------11
3.4电路设计原理图,实物图，参数计算及仿真-------------12 附录原件清单-------------------------------------------------------17
第一章电源设计
1.1电源的设计及要求
1.11设计任务
设计并制作一个±5V直流稳压电源
1.12 设计要求
1．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
4．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：
容量：5W 输入电压：交流220V 输出电压：直流±5V
输出电流：1A
1.2基本原理分析-
1.21 整体电路框图
我们这次课程设计老师安排的是设计并制作高通滤波器，所以我们需要设计一款直流稳压电源。现在的电子设备中直流稳压电源必不
可少。而且这些直流大多数都是把交流电转变为直流电的直流稳压电
源。（具体原理图如图1-1）
图1-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换
整体电路由以下四部分构成：
1、电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。
2、整流电路：将交流电压U2变为脉动的直流电压U3。
3、滤波电路：将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。
4、稳压电路：当电网电压波动及负载变化时,保持输出电压Uo的稳
定。
1.22电路原理分析
这次设计首先目标就是变压器把220V交流电变成电路所需要的电压。然后利用二极管的单向导电性，以及电容的滤波作用，可以设计出把交流电变成直流电以及输出纹波较小的直流电的电路，从而得到平滑的直流电压；再后通过稳压块的稳压作用，就可以得到完美所需稳定的输出直流电。
通过计算极限参数选择器件有稳压电路所要求的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值)即变压器功率。由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施。
下面分别就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理。
（1）电源变压器
变压器的其中一个作用是把输入的电压转换成所需的各种低压。而我们做的变压器就是要将220V的交流电压变成所设计电路的整流滤波电路所需的低电压。
根据设计要求，输出最大电源为+10V/1A，输出的最大功率为10W。选择220V/±16V / 10W的变压器。
(2) 整流电路
整流电路一般由单项导电性的二极管构成，经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图1-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了4个二极管，组成三项桥式整流电路。整流过程中，4个整流管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向一致，形成全波整流，将变压器处的交流电压变成了脉动直流电压。
图1-2 整流电路
整流电路的参数如下： 输出电压平均值
：2
2)
(9.02
2U U U
AV o ≈=
π
输出电流平均值：
L
L
AV o AV o R U R U I 2)()(9
.0≈=
平均整流电流：L
AV D R U I 2
)(45.0≈ 最大反向电压：
2
2U U RM =
整流二极管的选择
：L
F
R U I
21.145
.0>， 2
21.1U U
R
>
（3）滤波电路（滤波电路如图1-3）
交常见的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及∏型滤波电路。在此电路中，选用电容电路。在加入电容滤波电路后，利用电容的充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。因为电容放电的时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。一般选取
2)
5~3(T C R l =
图1-3滤波电路
（4）稳压电路
经过整流和滤波后得直流电压，会由于电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大，仍需进一步对其稳定，这就需要采用稳压电路。目前常用的稳压电路有并联式稳压电路、串联稳压电路以及集成式稳压电路。由于集成式稳压芯片具有较完善的
短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而工作是比较稳定的，电路
图1-4输出正电压电路
图1-5 输出负电压电路
也相对比较简单。为了使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压
至少高出2.5V~3V。电路如图1-4、图1-5所示。电容C1可防止自击
振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1~1uF。输出端电容
C2可以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消除
自击振荡的作用。
1.31设计原理图
图1-6仿真构成电源原理图
1.32仿真图
电源仿真图如下图1-7、图1-8.
图1-7电源仿真图正极图1-8电源仿真图负极
1.33实物图
电源极性测试实物图如图1-9、1-10.
图1-9电源负极示数图1-10电源正极示数
第二章RC桥式正弦波振荡器
2.1振荡器的设计及要求
1．研究负反馈网络中稳幅环节的稳幅功能。
2．掌握RC桥式振荡器的工作原理及调测技术。
3．进一步掌握用双踪示波器测相位差的方法。
4. 掌握信号频率的几种常用测量方法。
2.2系统工作原理
该电路由三部分组成：作为基本放大器的运放；具有选频功能的正反馈网络；具有稳幅功能的负反馈网络。
2.3电路设计原理图，实物图，参数计算及仿真
2.31原理图（仿真图）
RC桥式振荡器实验电路图如图2-1
图2-1 RC桥式振荡器的实验电路如图2.32参数计算
电路震荡频率计算： f=1/2π RC
起振的复制条件：Rf/Ri>=2 其中 Rf=Rw+R2+R3/Rd 由其电路元件特性
R=10KΩ C=10nF电路产生自激震荡，微弱的信号 1/RC 经过放大，通过反馈的
选频网络,使输出越来越大，最后经过电路中非线性器件的限制,使震荡幅度稳定了下来，刚开始时Av=1+Rf/Ri >3。平衡时 Av=3，Fv=1/3(w=w0=1/RC) 2.33仿真图
RC桥式振荡器Multisim仿真电路图及结果如图2-2
图2-2 Multisim仿真电路图及结果
2.34示波器图形
振荡器示波器图形如图2-3
图2-3振荡器示波器图形
2.35实物图
振荡器实物图如图2-4
图2-4振荡器实物图
第三章：高通滤波器的设计
3.1 设计及要求
设计一个有下限截止频率的二阶有源高通滤波器
要求：
1. 了解滤波器的工作特点
2．掌握电子系统的一般设计方法
3．掌握常用元器件的识别和测试
4．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法
5．进一步提高自己的动手实践能力
6．掌握专业课程设计报告的格式及流程
3.2系统的设计方案
图（a ）是一个二阶高通滤波器。图中虚线部分是一个无源二阶高通滤波器电路，为了提高它的滤波性能和带负载的能力，将该无源网络接入由运放组成的放大电路，组成二阶有源RC 高通滤波器。 高通滤波电路的传递函数为:
3.3系统工作原理
二阶有源高通滤波电路如上图（a ）所示，由图可见，它是有两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。
二阶有源高通滤波器
① 截止频率的计算
RC 21
f O π=
②增益的计算
1f up R R 1A +
=
③ 品质因数的计算)
A 2(21Q up -=
由此可画出其幅频响应曲线，如上图（b ） 3.4电路设计原理图,实物图，参数计算及仿真 3.41原理图
高通滤波器原理图如图3-1
图3-1 高通滤波器原理图
3.43仿真图
高通滤波器仿真图及结果如图3-2
图3-2 高通滤波器仿真图及结果
3.44示波器图形
示波器图形如图3-3
图3-3示波器图形（注：上正弦波为滤波器输出波形，下为振荡器输出波形。）
3.45实物图
滤波器实物图如图3-4
图3-4滤波器实物图
3.4.6成品图
成品图如图3-5 成品波形图见图3-6
图3-5 RC高通滤波器成品图
图3-5 RC高通滤波器成品图
图3-6成品波形图
附录．所用元件
元件序号（名
称）
型号主要参数数量备注集成块UA741 2个
8管脚插槽2个
电阻470欧2个
15K 2个
1K 2个
4.7k 2个
3.3K 2个
50K 2个联级可变电
阻
2k 2个
10k 2个
电容10nf 2个33nf 2个220uf 2个470uf 2个
发光二极管2个红色
二极管3N256 4个1N4148 2个
电源变压器220V-5V 1个
所用仪器：示波器，万用表，振荡器（自制），电源（自制）。
评语
成绩指导教
师
（签
字）
年
月日