课程设计任务书
学生姓名： ____ __ 专业班级：电信班
指导老师：_ __ 工作单位：信息工程学院
课程设计名称：Protel应用课程设计
课程设计题目：PROTEL应用实践课程设计
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1)课程设计时间：1周；
2)课程设计内容：根据指导老师给定的18套题目，按规定选择其中1套完成；
设计任务：二阶高通滤波器
设计要求：
1)熟悉PROTELDXP2004软件及其应用环境，在电脑上安装该软件；
2)完成电路图设计；
3)完成电路的仿真；
4)完成网表的打印；
5)完成自动布线印制版图；
6)对自动布线的结果进行手动布线；
7)打印元器件清单；
8)撰写课程设计说明书。（打印稿）
指导老师签名：年月日系主任(或指导老师签名): 年月日
目录
1 protel简介 (1)
1.1 Protel2004简介 (1)
1.1.1 Protel DXP 2004 概述 (1)
1.1.2 Protel DXP 2004的特点 (1)
1.2 DXP 2004与SE99区别 (1)
2 Protel电路设计 (2)
2.1 Protel电路设计步骤 (2)
2.2 原理图设计 (3)
2.2.1 加载元件库 (3)
2.2.2 放置元件 (3)
2.2.3 输出网络报表 (4)
2.2.4 输出元件清单 (4)
2.3 电路仿真 (5)
2.3.1 添加仿真信号源元件库 (5)
2.3.2 添加仿真信号源 (5)
2.3.3 仿真 (6)
2.4 PCB设计 (7)
2.4.1 绘制电路板电气边界 (7)
2.4.2 导入元器件 (7)
2.4.3 排列元器件 (7)
2.4.4 布线 (7)
参考文献 (9)
附件 (10)
1 protel简介
1.1 Protel2004简介
1.1.1 Protel DXP 2004 概述
DXP 2004是一种EDA（Electronic Design Automation,电子设计自动化）设计软件，主要用于电路的设计、仿真及印刷电路板（PCB）的制作。它还提供超高速集成电路硬件
描述语言的设计工具（VHDL）。
1.1.2 Protel DXP 2004的特点
（1）集成式的元件与元件库。在Protel DXP 2004软件中，采用了集成式的元件。一个元
件包括了元件符号、元件封装、SPICE元件模型（仿真时用）、SI元件模型（电路板信号
分析时用）等。
（2）复和式设计。Protel DXP 2004提供复合式设计，类似于重复阶层式电路设计。只要
设计了其中一部分电路图，即可多层次使用该电路图，就像有多个电路图一样。这个功能
也支持印刷电路板的设计。
（3）超强的比较功能。Protel DXP 2004新增了超强的比较功能，能对两个相同格式的工
程文件进行比较，以得到其版本的差异性;也可以对不同格式的工程文件进行比较。
（4）直接在电路板里分析。在Protel DXP 2004中，设计者可直接在PCB编辑器中进行信号分析。
1.2 DXP 2004与SE99区别
（1）DXP的功能更强大.
（2）DXP的操作尤其快捷键更接近于windows的基本操作,比如复制为ctrl+c,粘贴ctel+v,删除不在是trl+delete而是直接用delete.更方便的是dxp 中有一个图章可以像photshop中一样方便的复制.
（3）DXP中的原理图元件库元件直接把他相对应的封装带上去了.不用在去设置封装,当然
自己设计的元件库就也要把封装添加上.
（4）DXP设计东西是不在是先建立一个数据库,而是可以单独创建一个文件,想让原理图和PCB相关联就必须建立一个PCB项目工程.
（5）DXP的PCB设计中,由原理图转换成PCB后不用再添加电源和地的输入焊接焊盘,软件会直接添加.
（6）99SE体积只有几十M,而DXP有600多M。这个首先要肯定一点就是多出来的东西不是白多的首先是DXP能够用来设计CPLD,FPGA等,而99SE是不行的。然后在界面上DXP比99SE要友好得多,初学者用DXP要比用99SE上手容易得多。再次，时代在进步,用功能强大的DXP的用户越来越多,你在网上下载的很多SCHDOC文件和PCBDOC文件是99SE打不开的.
2 Protel电路设计
2.1 Protel电路设计步骤
（1）新建原理图文件。首先确定所要设计电路的具体实现方式，然后在集成开发环境中新建原理图设计文件，并进行原理图设计。
（2）设置原理图的工作环境。主要根据所设计电路的复杂程度，确定图纸的大小，以及网络、光标及系统参数的设置。
（3）放置元器件。主要从元件库中选取所需要的元器件，放置在图纸中，并进行合理的布局，然后根据需要修改元器件的名称、封装等。
（4）布线。根据实际电路，将图纸中元器件的引脚用具有电气意义的导线连接起来，构成一张完整的电路原理图。
（5）生成网络表。原理图布线完成后，为了进行后续设计，这里需要生成一个网络表文件。网络表文件时是联系电路原理图和PCB图的主要文件。
（6）原理图电气规则检查。对于建立的原理图文件，Protel 2004提供了原理图电气规则检
查功能，我们可以根据错误检查报告信息来修改原理图。
（7）输出报表。它提供了各种报表工具，可以生成网络表，元件清单等，还可以进行原
理图的输出及打印等操作。
2.2 原理图设计
2.2.1 加载元件库
软安装完成后，可用元件库只有Miscellaneous connectors.IntLib,和Miscellaneous Devices.IntLib和一些FPGA相关的元件库，可以通过操作把一些集成元件库加到元件可列
表中。
2.2.2 放置元件
（1）选取元件
先从元件库中把各个元件找到，放在设计图纸中。先找到电阻，在Miscellaneous connectors.IntLib库中找到Res1，然后用鼠标点元件外栏上边的Place按键，即可将元件移入当前工作区。按同样操作移入4个电阻。按同样的方法找到2个电容和1运算放大器。在放置元件时，按Tab键，弹出“元件属性对话框，也可在以放置的元件上双击打开属性“对话框”。
（2）摆放元件
移动元件：用鼠标左键点中元件，并按住不放，然后移动元件。
元件的旋转：就是改变元件的方向。用鼠标点中元件后，按住不放此时可用功能键实现元件的旋转。
SPACE键：让元件90度旋转。
X键：是元件左右对调，即是以自光标为轴水平对调。
Y键：是元件上下对调，即是以自光标为轴垂直对调。
（3）元件连线
启动放置导线命令后，光标变成十字状，将它移到放置的起点位置，单击或按Enter键确定第一个端点，移到终点，单击或按Enter键即可确定导线的第二个端点。每次转折都要单击
或按Enter键。
软件提供四种导线模式，即是90°、45°、任意角度及自动布线模式。在画导线过程中按住Shift键+空格键可以切换到各种模式。
完成导线布置后单击右键或按Esc键，即可退出画导线状态。
（4）放置电源端口
启动放置电源端口命令后，即可放置并设置电源端口属性。
结果如图：
图1.二阶高通滤波器原理图
2.2.3 输出网络报表
执行Design Netlist Protel命令生成网络报表。（打印附于最后）
2.2.4 输出元件清单
执行Reports Bill of Materials在弹出对话框中单击Export输出元件清单。
2.3 电路仿真
2.3.1 添加仿真信号源元件库
在原理图编辑面板中的“Libraries”面板中，单机“Libraries”，弹出加载元件库（Add Remove Libraries)对话框。单击Add Libraries....弹出Open对话窗执行Libraries Simulation Simulation Source.IntLib命令，单击Open，返回Add Remove Libraries对话框，单击Close，完成对仿真信号元件库的添加。
2.3.2 添加仿真信号源
在Libraries中选择Simulation Source.IntLib库，在其中选择信号源。本次设计计划使用交流小信号分析，选用分段现行电压源（VPWL)。利用仿真元快速选择工具为运算放大器加上工作电压。在信号源输入端及运放输出端分别加入网络节int和out，得到如下电路：
图2.二阶高通滤波器仿真原理图
2.3.3 仿真
执行Design Simulate Mixed Sim命令，弹出Analyses Setup对话框。在Analyses/Options对话框中勾选AC Small Signal Analysis，选中AC Small Signal Analysis在右侧栏中将start frequency与stop frequency分别设置为1.000与120.0K；在Sheet to Netlist列表中选择Active project；将Available Signal中的int与out 导入Active Signal中，单击OK，得到如下
图3.仿真输出曲线
2.4 PCB设计
2.4.1 绘制电路板电气边界
在PCB设计工作区的下面，单击“Keep-out Layer”，进入布线层。选择“放置”→“直线”命令，在适当的位置做起始点，最后单击左键结束，然后以同样的方法绘制整个电路板的边界。
2.4.2 导入元器件
自动更新生成的PCB设计文档中，执行Design Import changes from....命令将元件导入PCB图中。
2.4.3 排列元器件
单击需要移动的元件，然后单击工具栏中的“+”按钮，再选中该元件即可将它移到合适的位置。按照以上的步骤逐一移动各个元件，最后得到元件的布局。
2.4.4 布线
（1）自动布线：执行Auto Route All命令，弹出Situs Routing Strategies对话框，单击Route All。得到下图1：
（2）手动修改：在Top layer和Bottom layer利用导线绘制工具进行修改，得到下图2：
图4.自动布线结果
图5.手动修改结果
参考文献
1.《Protel DXP电路设计与制版》主编：王浩全
2.《PCB电流与信号完整性设计》作者：道格拉斯·布鲁克斯
3.《高质量PCB设计》作者：陆敏技
附件原件报表：
打印网表：[
5Vneg VSRC
]
[
5Vpos VSRC
]
[
100KHz VSIN
]
[
AR1
H-08A
Op Amp
]
[
C7
RAD-0.3 Cap
]
[
C8
RAD-0.3 Cap
]
[
R1
AXIAL-0.3 Res1
]
[
R2
AXIAL-0.3 Res1
]
[
R3
AXIAL-0.3 Res1
]
( OUTPUT AR1-2
AR1-6
R1-1
R2-1
)
(
NetAR1_3 AR1-3
C8-2
R3-2
)
(
NetC7_2 C7-2
C8-1
R2-2
)
(
IN
100KHz-1 C7-1
)
(
GND
5Vneg-2 5Vpos-2 100KHz-2 R1-2
R3-1
)
(
-5
5Vneg-1 AR1-4
)
(
+5
5Vpos-1 AR1-7
)
前言 当今时代，随着科学技术的发展，先进的电子技术在各个近代学科门类和技术领域中有着不可或缺的核心地位。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的一名大学生，不仅仅要将理论只是学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。 对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。根据有用信号与噪声的不同特性, 消除或减弱噪声,提取有用信号的过程称为滤波, 实现滤波功能的系统称为滤波器。 低通滤波器在现实生活中运用也十分广泛。该种滤波器是只有在规定的频率范围内才能使信号通过，而且其电路性能稳定，增益容易调节。利用这一性质不仅可以滤出有用信号且同时抑制无用信号。工程上也常常用低通滤波器作信号处理、数据传递和抑制干扰等。例如：无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射；固体屏障也是一个声波的低通滤波器，当另外一个房间中播放音乐时，很容易听到音乐的低音，但是高音部分大部分被过滤掉。 我国现在有滤波器的种类和所覆盖的频率虽然基本上满足现有的各种电信设备。但从整体而言，我国有源滤波器的发展比无源滤波器缓慢，尚未大量生产和应用。我国电子产品要想实现大规模集成，滤波器集成化仍然是个重要课题。
第一章设计任务 1.1二阶低通滤波器题目要求 a)设计截止频率f=2kHz的滤波器 b)输出增益Av=2 c)要求用压控电压源型、无限增益多路反馈型两种方法
物理学院课程设计任务书 专业：学生姓名：学号：学生班级：题目：二阶带通滤波器的设计 指导教师姓名及职称张晓培 电子线路课程设计 题目: 有源带通滤波器 作者姓名：覃万晴 学号：
学院：机械与船舶海洋工程学院 专业：过程控制自动化 指导教师姓名：张晓培 2016年10月1日 二阶带通滤波器的设计 一、设计要求和意义 1）实验要求：中心频率为1KHZ 2）设计意义：近几年随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备而产生的大量的高次谐波，已导致电网上网正常波形发生严重畸变，影响到供电系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。 3）随着生产技术方式的变化，生产力确实得到较大提高，可同时也受到方方面面的限制。如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验，试验过程中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰，为评价新方案的效果，需排除这些随即因素的影响，即需要一个滤波器。经滤波以后对新方案的效果进行检验。 4）有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 5）利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 6）若将低通滤波器和高通滤波器串联，并使低通滤波器的通带截止频率fp2大于高通滤波器的通带截止频率fp1，则频率在fp1 电子电路设计实践 设计题目：直流稳压电源设计 系别：电气工程学院专业：电子信息工程 班级：2011级1 班姓名：腾伟峰 学号：201151746 指导教师：张全禹 时间：2013年3月17日 绥化学院电气工程学院 二阶低通滤波器的设计 1.1设计任务 1、学习RC有源滤波器的设计方法； 2、由滤波器设计指标计算电路元件参数； 3、设计二阶RC有源滤波器(低通)； 4、掌握有源滤波器的测试方法； 5、测量有源滤波器的幅频特性。 1.2设计要求 1.分别用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计电路 2.截止频率fc=1000HZ 3.增益Av=2 2.1有源二阶压控滤波器系统组成及工作原理 基础电路如图1所示 图2.1 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节RC 滤波电路和同相比例放大电路组成，在集成运放输出到集成运放同相输入之间引入一个负反馈，在不同的频段，反馈的极性不相同，当信号频率f ＞＞f0时（f0 为截止频率），电路的每级RC 电路的相移趋于-90o，两级RC 电路的移相到-180o，电路的输出电压与输入电压的相位相反，故此时通过电容c 引到集成运放同相端的反馈是负反馈，反馈信号将起着削弱输入信号的作用，使电压放大倍数减小，所以该反馈将使二阶有源低通滤波器的幅频特性高频端迅速衰减，只允许低频端信号通过。其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。 传输函数为： ) ()()(i o s V s V s A = 2 F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= (2-1) 令8 F 0V A A = 称为通带增益 --------------------（2-2） F 31 V A Q -= 称为等效品质因数 -----------------（2-3） RC 1 c = ω 称为特征角频率 --------------------（2-4） 则2 c n 22 c 0)(ωωω++ = s Q s A s A -------------------------------------------------(2-5) 注 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 2.2无限增益多路反馈有源滤波器 基本形式图2 图2.2 无限增益多路反馈有源滤波基础电路 在二阶压控电压源低通滤波电路中，由于输入信号加到集成运放的同相输入端，同时电容C1在电路参数不合适时会产生自激震荡。为了避免这一点，Aup 取值应小于3.可以考虑将输入信号加到集成运放的反相输入端，采取和二阶压控电压源低通滤波电路相同的方式，引入多路反馈，构成反相输入的二阶低通滤波电路，这样既能提高滤波电路的性能，也能提高在f=f0附近的频率特性幅度。由于所示电路中的运放可看成理想运放，即可认为其增益无穷大，所以该电路叫做无限增益多路反馈低通滤波电路。 3 221321122 121111111 )(R R C C s R R R C s R R C C s A u +???? ??+++- = ----------------------（2-6） 湖南文理学院 课程设计报告 评阅意见： 评阅教师日期 有源高通滤波电路 目录 第一章简介 1.1 设计要求 (3) 1.2 设计作用与目的 (3) 1.3 所用仪器设备 (4) 第二章设计原理 2.1 设计方案及方案选择 (5) 2.2 模块电路设计及分析 (6) 2.3 总体设计 (10) 2.4 元件参数 (11) 第三章设计硬件及软件过程 3.1 Multisim仿真图 (13) 3.2 仿真结果 (14) 3.3 系统调试结果分析 (16) 第四章总结与展望 第一章简介 1.1设计要求 有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分，衰减或抑制无用的频率成分，并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。有源高通滤波电路应包括：滤波电路；集成运放；反馈电路，三个部分。滤波电路能有效滤除无用频率信号成分，保留有用频率信号成分。集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用，使电路滤波特性趋于理想。通过对有源滤波电路的探究，设计了一四阶有源高通滤波电路。在Multisim 10软件中进行仿真实验，对电路的频率特性和不同频率下输出的信号进行了分析，电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号，对频率100Hz以上的电压信号有放大作用。最终结果基本达到了预期要求。 1.2设计作用与目的 滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信 发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。 1.3 所用仪器设备 表：有源高通滤波电路明细表 序号代号名称规格数量备注 1 R1、R2、R3、R4 电阻 4.7kΩ 4 2 R5 电阻18 kΩ 1 3 R6 电阻 5 kΩ 1 4 R7 电阻 2.7 kΩ 1 5 R8 电阻 6.2 kΩ 1 6 C1、C2、C3、C4 电容0.33μF 4 7 U1、U2 运放OP07 2 上海大学2013 ～2014 学年冬季学期研究生课程 课程名称：现代电路课程编号：07Z097004 论文题目: 二阶有源高通滤波电路 研究生姓名: 李兵学号: 12720970 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期: 摘要：二阶高通滤波器是容许高频信号通过，减弱频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器具有综合功能，他可以滤掉若干次高次谐波，并且减少滤波回路数。对于不同的滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不一样，比如在音频信号也使用低音消除器或者噪声滤波器。 关键字：高通滤波器，截止频率，高频响应，Multisim 。 1、电路设计 1.1 图1给出了二阶有源巴特沃兹高通滤波器的结构。 图1 二阶有源巴特沃兹高通滤波器 正反馈型有源滤波器也叫做sallen-key 电路，是以这种电路的发明者命民的也有从工作形态上命民围vcvs （电压控制型电压源）的，他的滤波器相当于一个电压源。它是2阶的高通滤波器。这个电路是一个op 放大器，采用的是同相输入接法，因此输入阻抗很高，输出阻抗很低，由于连接缓冲器，他的增益是1，所以不需要决定曾益量的电阻，能过以较少的元器件数目实现2阶滤波器，使用的非常多，比较麻烦的Ra 和Rb 值不一样，所以计算麻烦一点。 1.2 传递函数 1.3 1a 和1b 分别为巴特沃兹系数 1.4 当给定电容值和截止频率时，可以得到电阻值 本文设计的是二阶高通滤波器，所以选取414.11=a ，11=b 1.5 当nF C KHz f c 100,10==时，可以求出电阻1R 和2R R1= 225.08Ω ，R2= 112.54Ω 2、Multisim 仿真 图2.1 二阶巴特沃兹高通滤波器仿真电路图 实验二：Multisim仿真——带通滤波器的设计 一．实验目的 采用Multisim软件来设计带通滤波器电路，计算带通滤波器参数并对其仿真进行分析。 二．实验原理及计算： 2.1二阶有源滤波器数学模型如下： 采用节点法来计算其输出函数 ◆在节点1 有： U1?Ui Y1+U1?Uo Y4+U1?U2Y3+U1Y2=0① ◆在节点2 有： U2?U1Y3+U2?Uo Y5=0② 由虚短得到U2=0，代入②式得：U1=?Y5 Y3 Uo③ 将③代入①有： G s=Uo Ui = ?Y1Y3 Y5Y1+Y2+Y3+Y4+Y3Y4 又因为Y1=1R 1 ,Y2= 1R 1 ,Y1= 1R 2 ,Y3=sC3,Y4=sC4,Y5= 1R 5 得到： G s = ? s R 1C 4 S 2+R 5 sC 3+sC 4 s +sC 3sC 4R 5(R 1+R 2) 与二阶滤波器相应的标准表达式 11)(11 )(20 2 02++= +?+=O O O O O S Q S S Q A S Q S S Q A S A ωωωωωω 比较可得： Go =1 R 5 1+C 3 ω0= 1R 5C 3C 4(1R 1+1 R 2 ) Q = R 5(1 R 1 + 1R 2) C 4 + C 3 以上只有三个方程，却有5个未知数。可令C3=C4=C ，联立以上几个方程可得： R1=Q R2=Q 2Q 2?Go ω0C R5=2Q ω0C 2.2 在我们systemview试验一中有两个滤波器 现计算第一个滤波器的参数：中心频率为60khz，通频带为60khz。 由ω0=2π?60?e3，Q=1.2，Go=1,得： R1=3.18k?，R2=1.69k?，R5=6.37k?。 三．根据计算的参数在Multisim中搭建实验电路，完成仿真。 3.1 根据所计算的第一个带通滤波器的参数所得实验电路图如下： 采用一个交流电源作为输入，通过扫频仪观察响应的幅频特性。得到所设计的滤波器幅频特性图像： 二阶低通滤波器 为了改进一阶低通滤波器的频率特性，可采用二阶低通滤波器。一个二阶低通滤波器包含两个 如图所示为二阶低通滤波器的一般电路。此一般电路对于二阶高通滤波器也同样适用。 图6—2-3所示的滤波器是同相 放大器。在图6-2-3中，零频增益为 気=!诗 (6-2-5) 在节点A 可得 气打=叫(龄 + 耳 + FJ -u v Y 3-u n Y 2 (6?24) 在节点B 可得 将式（6-2-8 ）代人式（6-2-6），转变到复频域，可得一般二阶低通滤波器的传递函数为 r ----- c o RC 支路, (6-2-7) (6 2 呂) L ； Y R R A T G(J ) R K C 仆 3厲 (&29) 对于上图所示的二阶低通滤波器，其传递函数为 在构成二阶低通滤波器时，只需选择巧，殇，蚝， ％。导纳的值即可。例如，当选择 丫1 = 1/R 1 , 丫2 = 1/R 2, Y3 = sC i Y 4=S C 2时，则构成图6 - 2 - 4所示的二阶低通滤波器 门然角频率为 (6-2-10) (6-242) 式零频增益为 粗尼系数为 为了进一步简化计算，选取Q =C 2 = C.R, - = R.则式(6-2-14) ^(6-2-15)可进一 步简化为 1 气=五 f = 3 - G o 采用频率归一化的方法.则上述二阶低通滤波器的传递函数为 "VS 】 如图6 -2 -5所示为二阶低通滤波器的幅频特性曲线，其阻带衰减特性的斜率为— 40dB / 10oct , 克服了一阶低通滤波器阻带衰减太慢的缺点。 二阶低通滤波器的各个参数，影响其滤波特性，如阻尼系数苫的大小，决定了幅频特性有无峰值，或 谐振峰的高低。如图6 =2-6所示为苫对二阶低通滤波器幅频特性的影响。 GiwMdB) (6-243) 为了简化计算■通常选G = C. = 式(6212人式(6213)可简化为 1 c 7心阻 (6-2-14) (6-2-15) (6-2-16) (6-2-17) (6*2-18) 模拟电路课程设计报告设计课题：二阶高通滤波器的设计 专业班级：电信本 学生姓名： 学号：69 指导教师： 设计时间：1月3日 题目:二阶高通滤波器的设计 一、设计任务与要求 ① 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； ② 截止频率f c =200Hz ； ③ 增益A V ＝2； ④ 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 二、方案设计与论证 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片ua741设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了2倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 2.1设计一、用压控电压源设计二阶高通滤波电路 与LPF 有对偶性，将LPF 的电阻和电容互换，就可得一阶HPF 、简单二阶HPF 、压控电压源二阶HPF 电路采用压控电压源二阶高通滤波电路。 电路如图2-1所示，参数计算为: 通带增益： 3 4 1R R Aup + = Aup 表示二阶高通滤波器的通带电压放大倍数 截止频率： RC f π210= 2014-2015第二学期 北京工业大学 电子技术课程设计报告 题目二阶有源带通滤波器 专业电子信息工程 学号 ******** 姓名 XX 指导教师 XXXX 电源滤波器是由电容、电感和电路组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。滤波器在通信技术、测量技术、控制系统等领域有着广泛的应用。由有源器件和电阻、电容构成的滤波器称为RC 有源滤波器。滤波器的分类很多，根据滤波器对信号频率选择通过的区域，可分为低通、高通、带通和带阻等四种滤波器；按使用的滤波元件不同，可分为LC 滤波器、RC 滤波器、RLC 滤波器；有源滤波器还分为一阶、二阶和高阶滤波器，阶数越高，滤波电路幅频特性过渡带内曲线越陡，形状越接近理想。 本实验设计了二阶RC 有源带通滤波器，并利用Multisim12.0 对实验进行仿真演示，列出了具体的分析与设计方法。 English abstract The power filter is composed of capacitor, inductor and circuit filter circuit. The filter can be outside the power line frequency specific frequency or the frequency of frequency were effectively filter, a specific frequency power signal, or remove a specific frequency power 1signals. Filter in communication technology, measurement technology, control systems and other fields have a wide range of applications. A filter called RC active filter, which is composed of an active device and a resistor and a capacitor. The classification of the filter, according to filter the signal frequency selection through a region can be divided into low pass, high pass, band pass and band stop and other four kinds of filter; according to the different use of the filter element can be divided into LC filters, RC filter and RLC filter; active power filter is first order, second order and higher order filter, the higher order, filter circuit amplitude frequency characteristic transition zone curve is steeper, the shape is more close to the ideal. In this experiment, the two order RC active band pass filter is designed, and the Multisim12.0 is used to carry out the simulation demonstration, and the specific analysis and design method are listed. 二阶有源滤波器设计 一．滤波器类型 按照在附近的频率特性，可将滤波器分为以下三种： 1.巴特沃兹响应 优点：巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度响应平坦度，具有良好的综合性能，其脉冲响应优于切比雪夫，衰减速度优于贝塞尔。 缺点：阶跃响应存在一定的过冲和振荡。 2.切比雪夫响应 优点：与巴特沃兹相比，切比雪夫滤波器具有更良好的通带外衰减。 缺点：通带内纹波令人不满，阶跃响应的振铃较严重。 3.贝塞尔响应 优点：贝塞尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。 缺点：与巴特沃兹相比，贝塞尔滤波器的通带外衰减较为缓慢。 （注意： 巴特沃兹及贝塞尔响应的3dB衰减位于截止频率处。 而切比雪夫响应的截止频率定义为响应下降至低于纹波带的频点频率。 对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0dB的直流响应，因此截止频点位于0dB衰减处；而对于奇数阶滤波器而言，所有纹波均低于 0dB的直流响应，因此截止频点定义为低于纹波带最大衰减点。） 二．最常用的有源极点对电路拓扑 1.MFB拓扑 也称为无限增益拓扑或Rauch拓扑； 适用于高Q值高增益电路； 其对元件值的改变敏感度较低。 2.Sallen-Key拓扑 下列情况时，使用效果更佳： 对增益精度要求较高； 采用了单位增益滤波器； 极点对Q值较低（如：Q<3）； （特例：某些高Q值高频率滤波器若采用MFB拓扑，则C1值须很小以得到合适的电阻值。而由于寄生电容干扰使得低容值将导致极大干 扰）。 （注意： MFB拓扑不能用于电流反馈型运放，而S-K拓扑电压、电流反馈型运放均可； 差分放大器只能采用MFB拓扑； S-K拓扑的运放输出阻抗随频率增加而增加，故通带外衰减能力受限，而MFB拓扑则无此问题。） 模拟电路课程设计任务书 20 10 －20 11 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周 摘要 二阶高通滤波器是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于截止频率信号通过的滤波器。高通滤波器有综合滤波功能，它可以滤掉若干次高次谐波，并可减少滤波回路数。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。其在音频应用中也使用低音消除滤波器或者噪声滤波器。本设计为分别使用压控电压源和无限增益多路反馈两种方法设计二阶高通滤波器。二者电路都是基于芯片LM324设计而成。将信号源接入电路板后，调整函数信号发生器的频率，通过观察示波器可以看到信号放大了5倍。现在工厂对于谐波的治理,应用最多的仍然是高压无源滤波器,高压无源滤波器有多种接线方式,其中单调谐滤波器及二阶高通滤波器使用最为广泛,无源滤波器具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点, 关键字：高通滤波器；二阶；有源； 目录 前言 (4) 第一章设计内容 (5) 1.1设计任务和要求 (5) 1.2设计目的 (5) 第二章滤波器的基本理论 (6) 2.1滤波器的有关参数 (6) 2.2有源滤波和无源滤波 (7) 2.3巴特沃斯响应 (8) 第三章滤波系统中高通滤波器模块设计 (11) 3.1压控电压源二阶高通滤波电路 (11) 3.2无限增益多路反馈高通滤波电路 (12) 第四章二阶高通滤波器电路仿真 (13) 第五章系统调试 (16) 第六章结论 (17) 5.2对本设计优缺点的分析 (17) 5.1结论结论与心得 (17) 附录一LM324引脚图 (18) 附录二元件清单 (19) 附录三参考文献 (20) 目录 1.题目........................................................ .................................. .2 2.要求........................................................ (2) 3.设计原理........................................................ . (2) 3.1 数字滤波器基本概念......................................................... (2) 3.2 数字滤波器工作原理......................................................... (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法......................................................... .. (4) 3.5实验所用MATLAB函数说 明 (5) 4.设计思路........................................................ .. (6) 5、实验内容........................................................ . (6) 5.1实验程序......................................................... . (6) 5.2实验结果分析......................................................... . (10) 6.心得体会........................................................ . (10) 7.参考文献........................................................ . (10) 一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ，通带最大衰减为0.5HZ，阻带最小衰减为10HZ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ。用此信号验证 滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种： ①无源滤波器: 由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成 ②有源滤波器: 一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。 利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。 从功能来上有源滤波器分为： 低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、 带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、 全通滤波器（APF）。 其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。 带通滤波器（BPF） （a）电路图(b)幅频特性 图1 压控电压源二阶带通滤波器 工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。如图1（a）所示。 电路性能参数 通带增益 中心频率 通带宽度 选择性 此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为： 通带中心频率 通带中心频率处的电压放大倍数： 带宽： 设计步骤： 1）选用图2电路。 2）该电路的传输函数： 品质因数： 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数： 取，则： 高通滤波器的设计 专 业： 应用电子技术 班 级： 2010级 （1）班 学 号： 201030210105 姓 名： 焦义强 指导老师： 黄磊 目录 前言....................................................................................................................... - 3 -第一章设计任务 ............................................................................................... - 4 - 1.1 设计任务及要求......................................................................................... - 4 - 1.2 设计目的..................................................................................................... - 4 -第二章滤波器的基本理论............................................................................. - 4 - 2.1滤波器的有关参数...................................................................................... - 4 - 2.2有源滤波和无源滤波.................................................................................. - 6 - 2.3高通滤波器.................................................................................................. - 7 -第三章滤波系统中二阶高通滤波器设计 .............................................. - 7 - 3.1压控电压源二阶高通滤波电路.................................................................. - 7 - 3.2所需软件前面板（软面板）...................................................................... - 9 - 3.3 所需电子元件............................................................................................. - 9 - 3.4 电路连线图............................................................................................... - 10 -第四章二阶高通滤波电路的测试............................................................. - 11 - 4.1 运放电路波形的输入与输出 .................................................................. - 11 - 4.2 二阶高通运放的频率特性测试............................................................... - 12 -第五章结论 .................................................................................................... - 14 - 5.1对本设计优缺点的分析............................................................................ - 14 - 5.2结论与心得................................................................................................ - 14 -附录一 A741/LM741型运算放大器的资料 ............................................. - 15 -附录二参考文献 ............................................................................................. - 16 - 数字信号处理课程设计 题目巴特沃斯高通数字滤波器 老师陈忠泽老师 学院电气工程学院 班级电子信息工程0 81班 学号20084470110 姓名何依阳 二0一一年五月 目录： 一、IIR数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 2、数字滤波器的设计步骤 3、设计方法 4、IIR巴特沃斯数字高通滤波器的实例计算 二、软件仿真工具及实现环境简介 1、计算机辅助设计方法 2、 MATLAB直接设计IIR巴特沃斯数字高通滤波器 三、滤波器结构对数字滤波器性能指标的影响分析 1、 IIR系统的基本网络结构 （1） （2）级联型 （3） 四、有限字长运算在网络结构中对数字滤波器的影响 1 、运算量化效应对数字滤波器的影响 2 、参数的字长对数字滤波器性能指标的影响 2.1 、系数量化对数字滤波器的影响 五、运用MATLAB的辅助工具FDATOOL画出系统函数图像 六、设计心得 IIR 数字高通滤波器的设计 一、IIR 数字高通滤波器的设计 1、数字滤波器的概述 所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。 2、 数字滤波器的设计步骤 设计一个IIR 数字滤波器主要包括下面5个步骤： （1） 确定滤波器要求的规范指标。 （2） 选择合适的滤波器系数的计算（如图一流程图所示）。 （3） 用一个适当的结构来表示滤波器（实现结构）。 （4） 有限字长效应对滤波器性能的影响分析。 （5） 用软件或硬件来实现滤波器。 本次设计的IIR 数字滤波器系数的计算是根据已知的模拟滤波器的特性转换到等价的数字滤波器。本次设计用双线性变换法得到数字滤波器。而且，双线性变换法得到的数字滤波器保留了模拟滤波器的幅度响应特性。 确定数字巴特沃斯 高通滤波器指标 推导出归一化模拟巴特沃斯低通滤波器指 计算出归一化模拟巴特沃斯低通滤波去归一化推导出模拟巴特沃斯高通滤波器 双线性变换推导出数字巴特沃斯高通 图一 流程图 课程设计说明书 课程设计题目：有源二阶低通滤波器 学院名称：信息工程学院专业：通信工程姓名：班级学号： 同组人：指导老师：黄丽贞 信息工程学院 2010 年3月13 日 课程设计任务书 I、课程设计题目： 有源二阶低通滤波器 II、课程设计技术要求及主要元器件： 〖基本要求〗：1) 分别用压控电压源和无限增益多路反馈二种方法设计电路； 2)截止频率f c=2KHz； 3)增益A vp＝2 ； 〖主要参考元器〗：UA741CD芯片； III、电子专业课程设计工作内容及进度安排： 第一周查阅资料，确定方案，Multisim仿真 第二周设计制作，电路调试，撰写报告 Ⅳ、主要参考资料： ［1］童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006 [2] 谢自美.电子线路综合设计(第一版) [M].武汉：华中科技大学出版社，2006 [3] 沈小丰，余琼蓉.电子线路实验——模拟电路基础[M].北京：上清华大学出版 社，2005 摘要 在现代的电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。在我们日常生活中，几乎所有的电子部件都有使用滤波器，而且滤波器的优劣将直接决定电子产品的优劣。 鉴于滤波器与人们的生活息息相关，本文研究的对象正是一个二阶有源低通滤波器（巴特沃思响应）。该电路主要采用了uA741运放，并且在一阶的基础上增加一节RC网络，加大幅频特性衰减斜率，以达到在给定的频段内，让信号无衰减地通过电路，而通带外的其他信号将受到很大的衰减；从而提高滤波效果。 本设计运用uA741和RC选频网络实现了信号频率在给定的范围内通过，也在一定程度上提高了滤波效果。 关键字：二阶、频率衰减、滤波 巴特沃兹二阶有源高通滤波电路的设计与仿真 摘要：本文给出了巴特沃兹二阶有源高通滤波器的设计方法和设计实例，通过multisim电路仿真试验能够得到一个性能优良的二阶有源高通滤波器，并在Altium Designer中设计出了印刷电路板（PCB）。 关键词：有源；高通滤波器；设计；仿真 1、概述 滤波器，是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。而有源滤波器在滤波的同时还能对信号起放大作用。在各种经典滤波器类型中，巴特沃斯滤波器是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零的滤波器。 2、设计方法 ①设计流程 由于现在巴特沃兹低通滤波器的设计已经有了完整的计算公式与图表，所以设计模拟高通巴特沃兹滤波器时可先将要设计的技术指标通过某种频率转换关系转换成模拟低通滤波器的技术指标，并依据这些技术指标设计出低通滤波器的转移函数，然后在依据频率转换关系变成所要设计的滤波器的转移函数，得出转移函数后可和电路的转移函数相比较，从而确定各种器件的参数。 ② 设计步骤 1、高通滤波器转移函数的确定 由于滤波器的幅频特性都是频率的偶函数，通过λ和η轴上各主要频率点的对应关系可得λη=1.因此，可将高通滤波器的频率η转换成低通滤波器的频率λ，通带与阻带衰减αp, αs 保持不变。考虑到对称性可得 H(s)=G(p)其中p=Ωp/s 又查表得二阶低通巴特沃兹滤波器的转移函数为G(p)=1 22p 0 ++p G 所以二阶高通巴特沃兹滤波器的转移函数为H(s)= 2 22 0C C s Q s S H ωω++ 其中H0是任 意增益因子，ωc 是截止频率，Q 是品质因数 2、压控电压源二阶有源高通滤波器图形如下 其传输函数为: Au(s)= 2 12111221222 1 )1uo 1(11(uo C C R R S C R A C R C R S S A + -+++）= 2 C 22 uo C S Q S S A ωω++ 摘要 滤波器是一种使用信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等自动控制、通信及其它电子系统中应用广泛。滤波一般可分为有源滤波和无源滤波，有源滤波可以使幅频特性比较陡峭，而无源滤波设计简单易行，但幅频特性不如有源滤波器，而且体积较大。二阶低通滤波器可用压控和无限增益多路反馈。采用集成运放构成的RC有源滤波器具有输入阻抗高，输出阻抗低，可提供一定增益，截止频率可调等特点。压控电压源型二阶低通滤波电路是有源滤波电路的重要一种，适合作为多级放大器的级联。本文根据实际要求设计一种压控电压源型二阶有源低通滤波电路，采用EDA仿真软件Multisim1O对压控电压源型二阶有源低通滤波电路进行仿真分析、调试，从而实现电路的优化设计。 关键字：二阶低通滤波器，multisim仿真分析，电路设计 目录 第一章课程设计任务及要求 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计要求 (2) 第二章系统设计方案选择 (3) 2.1 总方案设计 (3) 2.2子框图的作用 (3) 2.3 方案选择 (4) 第三章系统组成及工作原理 (4) 3.1有源二阶压控滤波器 (5) 3.2无限增益多路反馈有源滤波器 (6) 第四章单元电路设计、参数计算、器件选择 (7) 4.1二阶压控低通滤波器设计及参数计算 (7) 4.2无限增益多路反馈有源滤波器的设计及参数计算 (8) 第五章电路组装及调试 (9) 5.1压控电压源二阶低通滤波电路 (9) 5.2无限增益多路负反馈二阶低通滤波器 (10) 第六章总结与体会................................... 错误!未定义书签。 长沙学院 电子技术 课程设计说明书 题目有源高通滤波器设计系(部) 电子信息与电气工程系专业(班级) 光电2班 姓名 学号2013041216 指导教师 起止日期2015.6.1-2015.6.5 模拟电子技术课程设计任务书 长沙学院课程设计鉴定表 目录 一、有源高通滤波器的广泛应用 (5) 二、 LM741EN芯片引脚功能及其应用 (5) LM741芯片引脚和工作说明： (5) 三、有源高通滤波电路介绍及其工作原理 (6) 1.滤波电路 (6) 2.集成运放电路和反馈电路 (6) 3.二阶有源高通电路框架图： (7) 四、有源高通滤波电路的设计 (8) （1）设计方案 (8) （2）元器件参数计算和选择（截止频率的选定） (8) （3）对设计的电路进行仿真调试 (9) ①仿真电路 (9) ②波特图幅频特性 (10) ③波特图相频特性 (10) ④输入波形与输出波形比较（红色为输入波形，蓝色为输出波形） (11) 五、有源高通滤波电路的扩展和改良 (13) 四阶有源高通滤波电路 (13) 利用记录仪观察波形数据 (13) 六、实训总结 (14) 七、参考文献 (14) 一、有源高通滤波器的广泛应用 滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件，广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中，它能减弱或消除谐波的危害，对无用信号尽可能大的衰减，让有用信号尽可能无衰减的通过，从而纠正信号波形畸变。所以，无论信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。 在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，尤其是有源高通滤波器。它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用，有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。所以研究滤波器，具有重大意义。 二、LM741EN芯片引脚功能及其应用 LM741EN是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。可广泛应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。 LM741EN引脚图 LM741芯片引脚和工作说明： 1和5为偏置(调零端) 2为正向输入端 3为反向输入端 4接地 6为输出 7接电源 8空脚二阶低通滤波器的设计
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