模电课程设计

武汉工程大学电气信息学院 课程设计

目录

摘要 ..................................................................2 Abstract ...............................................................3 第章 绪论 .........................................................4 1.1 绪论 ............................................................4 1.2 设计内容及要求 ...................................................4 第二章 系统方案论证与选择 ..........................................5 2.1 方案设计与选择 ..................................................5 2.2 总体方案描述 ....................................................5 第三章 理论分析与计算 ...............................................7 3.1 方波产生电路设计参数分析与计算 ..................................7 3.2 滤波电路设计参数分析与计算 ......................................7 3.3 电源设计参数分析与计算 .........................................8 第四章 测试方法与数据 ..............................................10 4.1 测试方案 .......................................................10 4.2 测试结果与分析 ..................................................10 总结 ................................................................12 致谢 ................................................................12 参考文献 .............................................................13 附录 ..............................................................13

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摘要

本课程设计主要是通过了解信号波形的产生与滤波电路的基本原理，完成方波的产生与滤波电路的设计。方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。在迟滞比较器的基础上，通过电解电容的充放电过程实现方波的产生，以及通过合适选择外围电路得到所需要的中心频率。采用二阶带通滤波电路将中心频率为10KHZ的方波滤波之后成为正弦波。二阶带通滤波器由低通滤波器和高通滤波器串联而成，通频带为低通截止频率fp1减去高通截止频率fp2。通过采用各种谐振原件实现对中心频率的滤波作用，电感、电容是最常用的谐振原件。由于每个电路都需要电源供电，因此，设计一个±12V和±5V的电源给信号产生电路与滤波电路供电。最后通过Multisim软件对其仿真，示波器上观察图形与设计结果相符，基本达到设计要求。

关键字：信号波形的产生；滤波电路；二阶带通滤波器；Multisim

Abstract

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This course is designed by understanding signal waveform generation and the basic principle of filter circuit, complete with filter circuit of square wave produced the design. Square-wave produce circuit is an able to directly produce the square or rectangular wave of a non sinusoidal signal generator. On the basis of hysteresit comparator, through the electrolytic capacitors charge-discharge process of generation, and through torque-current choose appropriate outer circuit receive required center frequency. Second-order band-pass filter circuit will center frequency of square wave filter for 10KHZ later become sine wave. Second-order band-pass filter by low-pass filter and high-pass filter series and become, passband for low-pass cut-off frequency fp2 fp1 minus qualcomm cut-off frequency. By using various resonance for the center frequency original realize, inductance and capacitance filter function is the most commonly used resonance the original. Since each circuit all need power supply, therefore, design a ± 12 v and ± 5 v power to signal circuit and filter circuit power supply. Finally, through the simulation software to Multisim, oscilloscope observation graphics and the experimental results, the basic design to meet the design requirements.

Key word: signal waveform generation; Filter circuit; Second-order band-pass filter; Multisim

第章 绪论

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1.1 绪论

本次模电课程设计是为了让学生能够将所学的电子技术基础知识运用到实际上、全面巩固课堂所学的理论知识、熟悉电子产品的初步设计程序和设计内容、锻炼学生快速完成一项电子产品的能力、培养团队合作精神。

通过对《模拟电子技术基础》半年的学习，我们已经都拥有了一定的理论基础，此次课程设计正是锻炼我们动手能力以及结合理论与实际的大好机会，我们应该好好把握，运用团队的力量，争取完美的完成设计要求。

1.2 设计内容及要求

一、 内容：

1、 了解信号波形的产生与滤波电路的基本工作原理。

2、 完成信号波形的产生与滤波电路设计并分析计算单元电路，对元器件进行选型。 3、 绘制信号波形的产生与滤波电路电路图。 4、 组装、调试滤波电路。

5、 进行实物检查、设计答辩并完成设计报告。 二、要求：

1、 在教师指导下完成信号波形的产生与滤波电路设计： （1）设计迟滞比较器方波产生电路，频率为10KHz可调；

（2）设计一有源滤波器，经滤波电路得到的正弦信号幅度峰峰值为6V以上； （3）设计一电源，给方波产生电路以及滤波电路供电。 2、 组装、调试信号波形的产生与滤波电路

3、 按指导老师要求撰写课程设计报告，画出完整的电路图。

第章 系统总体设计

2.1 方案设计与选择

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根据课程设计要求，方波产生电路需要用到迟滞比较器，而且频率10KHZ可调。滤波电路为有源滤波，且滤波后的正弦峰峰值不小于6V。电源设计电路取决于前两个电路所需要的电源。

2.1.1 方波产生电路方案论证与选择

方案一：用MAX083集成芯片产生所需方波，可靠性好，稳定性好，但是经济价值太贵。

方案二：可以使用数字电路产生方波，利用NE555集成芯片外接若干电容电阻，虽然方便简单，但是波形失真厉害。

方案三：运用模拟电子电路设计，采用低功耗TL062JFET运放，根据迟滞比较器的迟滞回环传输特性，在反向端引入负反馈，利用电容的充放电，产生振荡，输出方波。该方案简单可行，方波信号比较好，故选用此方案。

2.1.2 滤波电路方案论证与选择

方案一：选用二阶无限增益多路反馈带通滤波器（反向接法），以10KHZ为中心频率进行滤波。带通滤波器就是低通滤波器与高通滤波器串联起来，低通滤波电路的截止角频率大于高通滤波电路的截止频率，两者之间的通带即为一个带通响应。

方案二：选用二阶压控电压源带通滤波器（正向接法）进行滤波。该方案相比第一个方案电路简单，输入阻抗大，增益容易调节且不影响频率特性，故选择此方案。

2.1.3 电源电路方案论证与选择

方案：根据前面方波产生电路与二阶带通滤波电路的设计要求，电源需要设计直流稳压±12V与±5V输出。依次运用电压电压器、整流电路（整流桥）、电容滤波电路以及集成稳压管（W7812、W7805、W7912、W7905)设计。

2.2 总体方案描述

如图2-2为设计总体方案框图： -- 5 --

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方波产生电路 图2-2 总体方案设计

二阶压控带通滤波器 第三章 理论分析与计算

3.1 方波产生电路设计参数分析与计算

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如图3-1为方波产生电路图，在迟滞比较器的基础上，将电阻R3以及电位器R4和电容C1接在集成运放反向端，通过电容的不断充放电过程，输出Vo产生振荡，输出矩形波。

图3-1 方波产生电路

(InR(1??R2R)?/R20)K??1?111f?(?)??2?RCRR023410202213根据一阶RC电路的三要素法，可以求出振荡角频率，所以振荡频率也可以算出了，即。因此根据这个公式，选定参数：为使振荡周期计算方便，选取R1与R2正好满足，选取电容C1为2.5nF,可求出，选用一个电阻R3一个电位器R4，实现中心频率10KHZ可调。经过multisim仿真实际结果与理论大体一致。

3.2 滤波电路设计参数分析与计算

滤波电路采用二阶压控带通滤波电路，如图3-2。

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Q??10

?0?(1/R1?1/R2)/R2C同相比例放大器，三者共同组成具有放大作用的二阶有源带通滤波器。

Q?0/BW?f0/BW(BW??0)?图3-2 二阶压控带通滤波电路

?图中R1与C2组成低通滤波电路，R2与C1组成高通滤波电路，A、R4和R5组成

BW?fh?flABW?1??Rh5?/Rl4v??参数选择：中心角频率为ω0或f0,对应的增益为带宽或。品质因素，Q值越高，滤波器的选择性越好，衰减速率越高（一般取）。根据中心频率为10KHZ，取C1=C2=0.3nF，R5=R4，Q=5，可以查表计算得到R1=265K，R2=80.6K，R3=40.2K。通过multisim仿真，输入10KHZ方波信号之后，得到结果与预期结果一致。

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3.3 电源电路设计参数分析与计算

电源电路是每个模块必不可少的一部分，它是其它部分运行的基石。因此本次电源设计主要是以前两个电路的设计为基础，为它们提供电源。也就是设计输出±12V和±5V的电源。如下图3-3，即为电源的设计电路。

图3-3 直流稳压电源电路

本电路分为变压器、桥式整流、电容滤波、以及稳压管组成。变压器原副线圈匝数比为n1:n2=250:1。整流桥采用的是MDA3502，将交流电压变为脉动直流，通过电容滤波将脉动直流转化为平滑直流，最后通过稳压管得到直流稳定电压。通过仿真，结果与预期大体一致。

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第四章 测试方法与数据

4.1 测试方案

当系统设计一切准备完毕后，开始进行测试。

4.1.1 测试内容

1.方波产生电路中产生的方波的频率和幅值。 2.方波经过滤波电路之后的波形，频率以及幅值。 3.电源电路提供的直流稳压电源是否稳定。

4.1.2 测试方法

由于本次课程设计所做实物图只是滤波部分，而且我这次设计的滤波电路也不是老是提供的电路图。因此，本次测试都是在仿真软件multisim上进行理论测试与分析。

4.2 测试结果与分析

4.2.1方波产生电路仿真结果：

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图4-2-1 方波产生图形

由图可知，方波的峰峰值为Vp_p=9.243V，周期T=100us,即中心频率f0=10KHZ ,满足设计要求。

4.2.2 滤波电路仿真结果：

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图4-2-2-1 滤波之后的波形与方波的对比

由图可知，滤波后等到正弦波，峰峰值Vp_p=15.2V，由于增益Av=2，大体符合。 波特图为：

图4-2-2-2 波特图

4.2.3 电源电路仿真结果：

如图示4-2-3为电源电路仿真结果，由于multisim仿真不够直观，因此选用proteus

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U178121VIVO+12V31U37805VIVO3+5VGND武汉工程大学电气信息学院 课程设计 2TR1BR1+221AC VoltsC1470u+12.0VoltsC3470u2GND+5.01Volts+14.0AC VoltsBRIDGETRAN-2P2SVolts-12.0C4470uVolts-5.02C2470u1GND2VIVO32GND1VIVO3U27912U47905-5V-12V仿真。

图4-2-3 电源仿真图

总结

通过此次模电课程设计，不仅锻炼了我们的个人能力，更加提升了我们一个团队整体作战、相互协作的能力。这次的设计相比较去年，难度加大了很多，需要考虑的东西也很多，也彻底让我们将书本上的相关知识运用到了这次实践中，提高了自身的发现问题，解决问题的能力。

致谢

感谢学校给我们这次机会，感谢电气院教研室的辛勤培养，特别感谢我们亲爱的戴老师的耐心指导，感谢我的拍档，这是我们共同努力的结果。

参考文献：

《电子技术基础》 康华光 高教出版社

《电子技术课程设计指导》 彭介华 高教出版社

《电子线路设计、实验与测试》 谢自美 华中科技大学

附录1

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老师给的滤波电路，也就是我们做的实物图：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3hq3.html