二阶有源低通滤波器(课程设计)要点.pdf
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1、0 目录 一题目要求与方案论证 . 1 1.1(设计题题目)二阶有源低通滤波器. 1 1.1.1题目要求 1 1.1.2 方案论证 . 1 1.2(实训题题目)波形发生器与计数器. 4 1.2.1题目要求 4 1.2.2方案论证 4 二电子线路设计与实现 . 6 2.1 二阶有源低通滤波器 6 2.2 十位二进制加法计数器电路设计 7 三结果与分析 . 9 3.1 二阶有源低通滤波器 9 3.2 二位十进制加法计数器的实现 10 四 总结与体会 . 12 参考文献 . 13 1 一题目要求与方案论证 1.1 (设计题题目)二阶有源低通滤波器 1.1.1 题目要求 设计二阶有源低通滤波器。要求截
2、止频率f0=1000HZ;通带内电压放大倍数A0=15,品 质因数 Q=0.707。分析电路工作原理,设计电路图,列出电路的传递函数,正确选择电路 中的参数。 1.1.2 方案论证 (1) :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。 滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种: 无源滤波器 : 由电感 L、电容 C及电
3、阻 R等无源元件组成 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
4、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。 工作原理: 二阶有源滤波器是一种信号检测及传递系统中常用的基本电路, 也是高阶虑波器的 基本组成单元。常用二阶有源低通滤波器的电路型式有压控电压源型、无限增益多路反 馈型和双二次型。本次课程设计采用压控电压源型设计课题。 2 有源二阶滤波器基础电路如图1 所示: 图1 二阶有源低通滤波基础电路 它由两节
5、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 sV sV sA 2 F F )()-(31s
6、CRsCRA A V V 令 F0V AA称为通带增益 F 3 1 V A Q称为等效品质因数 RC 1 c 称为特征角频率 则 2 c n 2 2 c0 )( s Q s A sA 上式为二节低通滤波电路传递函数的典型表达式 注:时,即当303 FFVV AA滤波电路才能稳定工作。 3 (2)芯片介绍: 产品型号: LM324N 1. 概述与特点 LM324是由四个独立的运算放大器组成的电路。它设计在较宽的电压范围内单电源工作, 但亦可在双电源条件下工作。本电路在家用电器上和工业自动化及光、机、电一体化领域 中有广泛的应用。其特点如下: 具有宽的单电源或双电源工作电压范围;单电源3V30V
7、,双电源 1.5V15V 内含相位校正回路 , 外围元件少 消耗电流小 :Icc=0.6mA (典型值, RL= ) 输入失调电压低 : 2mV (典型值 ) 电压输出范围宽: 0V Vcc 1.5V 共模输入电压范围宽:0V Vcc 1.5V 封装形式: DIP14 图 2 LM324N 实物图 图 3 LM324N 管脚图 4 1.2 (实训题题目)波形发生器与计数器 1.2.1 题目要求 利用 74LS138以及两片 74LS195构成模值 28 的程序计数器,如CBA输入 111(8 分 频)时,QD 端输出 8 分频脉冲 1.2.2 方案论证 表 1.二位十进制加法计数器的状态表 计
8、数脉冲数二进制数十进制数 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 6 7 0 1 1 1 7 8 1 0 0 0 8 9 1 0 0 1 9 10 0 0 0 0 进位 芯片介绍: LM324M : 运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下, 电压范围是 3.0V-32V 或+16V。 LM324M的特点:短跑保护输出、真差动输入级、可单电源工作:3V-32V4.低偏置 电流:最大100nA(LM324A ) 、每封装含
9、四个运算放大器、具有内部补偿的功能、共模 范围扩展到负电源、行业标准的引脚排列、输入端具有静电保护功能。 图 4:LM324M 实物图 74LS90D : 74LS90是二五十进制异步计数器, 从 000 计到 111 为例。先接成加法计数状态,在输出为1000 时(既 Q4为高电平 时)把 Q4输出接到 R01和 R02脚上(即异步置 0) ,此时当计数到 1000 时则立刻置 0, 从新从 0 开始计数。 1000的状态为瞬态。 状态转化图中是 0000 到 0111 是有效状态, 1000是瞬态,跳转从这个状态跳回到 5 0000状态。 (1) 计数脉冲从 CP1输入, QA作为输出端,
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