上海電力學院電子線路計算機仿真課程設計報告

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上上 海海 電電 力力 學學 院院課程設計報告課程設計報告(2012 /2013 學年第一學期)課題名稱課題名稱 電子線路計算機仿真 課題代碼課題代碼 1307038 設計題目設計題目 二階壓控電壓源低通濾波器的設計 院(系)院(系) 電子與信息工程學院 專專 業業 班班 級級 學學 號號 姓姓 名名 時時 間間 2013 年 1 月 7 日~1 月 11 日 上海電力學院實驗報告上海電力學院實驗報告課程名稱課程名稱：電子線路計算機仿真：電子線路計算機仿真 實驗項目實驗項目：設計一個二階壓控電壓源低通濾波器：設計一個二階壓控電壓源低通濾波器 上限頻率上限頻率 f=3.4KHzf=3.4KHz，品質因數，品質因數 Q=2Q=2 班級：班級： 姓名姓名：： 同組人姓名同組人姓名：： 指導教師指導教師：初鳳紅：初鳳紅 實驗日期實驗日期：2013.1.7~2012.1.112013.1.7~2012.1.11一、實驗目的一、實驗目的1、利用 EWB 仿真軟件，設計一個符合課題所給參數要求的二階壓控電壓源濾波器，實現電子線路計算機仿真功能。2、 通過實驗，學習有源濾波器的設計方法，體會調試方法在電路設計中的重要性。掌握實驗中的原理方法，并了解各個圖示的意義及各參數的計算方法，如電壓增益 A 等。3、進行設計基本技能的訓練，包括學習新的知識，查閱資料，獨立設計、上機調試與驗證等。二、實驗原理與方法二、實驗原理與方法1. 濾波器：濾波器：常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器 C，或與負載串聯電感器 L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。2. 濾波電路傳遞函數定義：濾波電路傳遞函數定義：2( )( )( )1 (3)()OVFiVFVSAA sV SAsCRsCR?????3. 低通濾波電路：低通濾波電路：其幅頻響應圖如右圖所示，圖中表示低頻增益，為增益的幅值。0AA由圖可知，它的功率是通過從零到某一截止角頻率的低頻信號，而對H?大于的所有頻率則給予衰減，因H?此其帶寬。/2HBW???4. 二階有源低通濾波電路：二階有源低通濾波電路：特征角頻率： 1 cRC??通帶增益： 0VFAA?等效品質因數：1 3VFQA??傳遞參數： 22 02222( )VFcccc ccAAA s ssssQQ?? ?????? ????(注：只有，電路才能穩定工作，否則將產生自激震蕩)03VFAA??5. n 階巴特沃斯傳遞函數：階巴特沃斯傳遞函數：??0 2() 1/n cAA j? ? ?? ?6. 幅幅頻頻響響應：應：把帶入可得幅sj??22 02222( )VFcccc ccAAA s ssssQQ?? ?????? ????頻響應和相頻響應的表達式：2220()120lg20lg1ccA j AQ??? ??? ????????????????????????2/( )arctan1ccQ??? ? ??? ? ???????(注：式中 n 為階濾波電路階數，為?3dB 截止角頻率，為通帶電壓增益。0A)歸一化的幅頻響應曲線三、實驗設計及步驟三、實驗設計及步驟二階壓控電壓源低通濾波電路是由兩節 RC 濾波電路和同相比例放大電路組成，其中同相比例放大電路實際上就是所謂的壓控電壓源。如下圖 優點是電路性能穩定，增益容易調節。數據計算： = 2；上限頻率ω為 3.4 KHz。 F31VAQ??通過公式2220()120lg20lg1ccA j AQ??? ??? ??????????????????????算出特征角頻率= 14100(rad/s) ；RC1 c??； C=0.01uF； R=7 KΩ；為減少偏置電流的影響，應盡可能使加到運放同相端對地的直流電阻與加到反相端對地直流電阻基本相等，所以，且由公式可3* 41234RRRRRR???1(1)fVFRAR??得，Rf = 1.5R1 R1 = 23.3 KΩ,Rf = 35 KΩ.5.按圖 1 接好電路進行仿真與調試， 在輸入端接入一個交流電壓源U=6V，f=3HZ，并在電路中輸入、輸出兩處分別接入波特圖儀，觀察幅頻特性曲線，驗證特征頻率。6. 接入示波器顯現輸入輸出曲線，改變f 的值，觀察曲線變化，找出原因。三、三、 試驗程序及結果截圖試驗程序及結果截圖下圖為實驗電路截圖相位特性曲線幅頻特性曲線波特圖7直流分析輸入輸出波形圖五、實驗結果分析五、實驗結果分析根據我們做的仿真圖，我們從濾波器圖中可以看出，輸出信號的頻率與輸入信號一致，說明二階低通濾波電路不會改變信號的頻率。當輸入信號的頻率較大時，輸出信號的幅值明顯小于輸入信號的幅值，當輸入信號的頻率較大時，電路的放大作用已不理想。根據相位圖與波特圖的顯示，當由幅度 7.9669 下降至 4.9936 時，截止頻率為 3.3753 KHZ。實驗證明此低通電路的設計師符合要求的。但是由于軟件精度原因，還是不可避免的產生了一些誤差。比如 7.9669 下降至 4.9936 不是嚴格的 3 個單位，截止頻率也不是嚴格的 3.4 KHZ。根據示波器波形圖的顯示VA1=6.4942V，VB1=16.2615V，即 Ao = Avf = VB1/VA1=16.2615/6.4942=2.504 Q = 1/(3-2.504) = 2.016，誤差為 0.8%。結果同樣符合設計要求。六、實驗小結六、實驗小結通過此次實驗，我對電子技術這門課有了進一步的認識，在之前對于這一門課都只停留在書本上的理論知識，對于實際可能遇到的問題并不是很了解。這次利用 EWB 這一程序，使自己對電路進行模擬，同時也遇到了這樣或那樣的問題。在一開始時對許多元件、儀器等都不是很熟悉，在經過自己的嘗試和查閱資料之后明白了每一個儀器的使用方法及用處，如導線只需要通過點和點的拖拉就可以實現，波特圖儀 in 和 out 所代表的意義。在熟悉了元件之后，卻發現當頻率為 1HZ 時電路正常，但當電路稍大以后電路卻出現了問題。在經過老師的幫助和同組的討論后，發現這是由于在題目中 A 的大于了 3，也就是說電路會產生自激振蕩，而這也是自己以前在書上不曾注意的問題。而當頻率等于 1時，由于平率過小，無法顯示出自激振蕩而產生的誤解。由于一開始對實驗理解沒有很深刻，所以一些數據方面的計算并沒有正確。在重新計算并調整了數據后，驗證了實際值與理論值相吻合。在我把電源輸入頻率調成 10000 歐后，示波器的輸出圖像近似于一條直線，在與同學反復探討以后，我們認為原因是低通濾波器對高頻信號進行了抑制，正弦波被過濾。這次的仿真實驗，不僅增加了自己關于模電這方面的知識，學會了如何使用 EWB 這一程序，更加強了自己的動手操作能力與自學能力，為以后更好的獨立學習提供了信心，對自己來說是一次不錯的鍛煉。 關?鍵?詞： 上海 電力 學院 電子線路 計算機仿真 課程設計 報告

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總結

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