1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　?。ㄕf明書）</b></p><p>　　中頻信號(hào)濾波放大整形及移相電路設(shè)計(jì)</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　課 程 名 稱 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) &l

2、t;/p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目 中頻信號(hào)濾波放大整形及移相電路設(shè)計(jì) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：</p><p>　　一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波放大、整形和移相電路。實(shí)際工作中輸入信號(hào)一般由傳感器產(chǎn)生，本次設(shè)計(jì)采用函數(shù)發(fā)生器給出。輸出信號(hào)要求整形為是方波信號(hào)，

3、以便CPU的后續(xù)信號(hào)采集和處理。濾波放大電路建議采用TI公司的FilterPro，這是一款很好的濾波器設(shè)計(jì)軟件。整形電路建議采用施密特觸發(fā)器。移相電路自己選擇方案。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)如下：</b></p><p>　?、俑咄V波器設(shè)計(jì)參數(shù)：通帶增益Ao=25db，通帶頻率fc=200kHz，通帶增益紋波Rp=1db，截止帶頻率fs=200k Hz，

4、截止帶衰減-10dB。 </p><p>　　②設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路，將濾波后的信號(hào)整形為方波。</p><p>　?、墼O(shè)計(jì)一個(gè)200kHz方波信號(hào)移相電路，相移范圍：0-180°。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1．在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。</p><

5、p>　　2．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。</p><p>　　3．畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　1．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。</p><p>　　2．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。&

6、lt;/p><p><b>　　四、推薦參考資料</b></p><p>　　1. 童詩(shī)白，華成英主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．[M]北京：高等教育出版社，2006年</p><p>　　五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　成績(jī) 指導(dǎo)教師 日期

7、 </p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　實(shí)際中的用途：本設(shè)計(jì)在實(shí)際中主要用于對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行整形，濾波，放大及移相。生活中我們所接收到的信號(hào)，它并不是可以被我們直接觀察和分析的，而是只有在通過一定的電路使之進(jìn)行放大、濾波、整形輸出以后，才可以變成是讓我們可以進(jìn)行分析和觀察的處于穩(wěn)定狀態(tài)的信號(hào)。所以說對(duì)于一般的信號(hào)，必

8、須經(jīng)過有整流電路、濾波電路、放大電路組成的功能模塊以后才會(huì)變成是對(duì)人類觀察研究有益的信號(hào)。</p><p>　　設(shè)計(jì)思路：一、設(shè)計(jì)濾波放大電路并進(jìn)行仿真，觀察波形是否滿足要求。二、運(yùn)用555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，通過調(diào)試得到方波。三、設(shè)計(jì)移相電路，采用分頻器分頻，后運(yùn)用雙D觸發(fā)器做移位寄存器進(jìn)行移位。</p><p>　　基本原理：運(yùn)用高通濾波器對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行濾波，將不符合要求的

9、信號(hào)濾掉，將符合頻率的信號(hào)進(jìn)行放大，后用施密特觸發(fā)器整形成方波，最后在進(jìn)行分頻移相。</p><p>　　設(shè)計(jì)方法：信號(hào)的濾波和放大部分是通過FilterPro軟件得出，信號(hào)的整形部分是通過斯密特觸發(fā)器進(jìn)行整形完成的，移位采用分頻后D觸發(fā)器移位。</p><p>　　報(bào)告組成：封面，任務(wù)書，報(bào)告三大部分。其中報(bào)告分為概述，方案論證，電路設(shè)計(jì)，性能的測(cè)試，結(jié)論，性價(jià)比，課設(shè)體會(huì)及合理話建議，

10、參考文獻(xiàn)九部分組成。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)初的目的，對(duì)中頻信號(hào)放大濾波，并通過斯密特觸發(fā)器將輸出的波形整形成方波，最后對(duì)200kHZ方波進(jìn)行0-180°移相。</p><p><b>　　二、方案論證</b></p><p>　　主要設(shè)計(jì)方案就是一個(gè)可以將中頻正弦信號(hào)放大濾波后轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)的電路，并對(duì)方波進(jìn)行0-

11、180°移相。</p><p>　　電路設(shè)計(jì)總方案：用濾波放大電路把固定頻段的中頻信號(hào)過濾出來(lái)并進(jìn)行放大，再通過555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)器使信號(hào)整形為方波信號(hào)，最后進(jìn)行方波0-180°移相。555構(gòu)成的施密特電路連接簡(jiǎn)單且性價(jià)比高；運(yùn)用D觸發(fā)器進(jìn)行移相，波形失真較小且電路復(fù)雜度一般。</p><p>　　原理框圖如圖1所示。</p><p>　

12、　圖1 中頻信號(hào)濾波放大整形及移相電路的原理框圖</p><p>　　基本方案：把信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的中頻正弦信號(hào)經(jīng)過濾波電路過濾，只留下需要的信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求過濾掉不符合設(shè)計(jì)要求的信號(hào)需要設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波放大電路，根據(jù)參數(shù)通帶增益Ao=25db，通帶頻率fc=200kHz，截止帶頻率fs=200k Hz。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的電路就可以過濾出所要求的中頻信號(hào)，且頻率不變，符合要求。接下來(lái)是由555芯片組成的施密特觸發(fā)器

13、，濾波電路之后的信號(hào)進(jìn)入到施密特觸發(fā)電路，可以將正弦波轉(zhuǎn)化為同頻率的方波。最后是移相電路，首先用分頻器將二倍整形后方波的頻率進(jìn)行分頻，將其作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，控制200kHZ方波移相。</p><p>　　設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：555芯片，便于連接，操作簡(jiǎn)單，引腳較少排列連接便于記憶，并且在數(shù)字電子課上接觸過。TI公司的FilterPro，這是一款很好的濾波器設(shè)計(jì)軟件。通過這些參數(shù)設(shè)計(jì)出需要的電路，其中所用的電阻的阻值和

14、電容的容抗都會(huì)在軟件設(shè)計(jì)的電路中體現(xiàn)出來(lái)。最后將設(shè)計(jì)出的電路圖由Multisim軟件進(jìn)行仿真，前面加上函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，后面加上由555電路搭成的施密特觸發(fā)電路，最后加上設(shè)計(jì)好的移相電路，這樣，仿真電路就完成了。此電路可以將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)過濾放大整形成同頻率的方波信號(hào)，并可以移相。有仿真結(jié)果知：可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的要求，但存在一定誤差。</p><p>　　科學(xué)性：本次電路的主要設(shè)計(jì)是通過FilterPro軟件實(shí)現(xiàn)的，

15、這款軟件是穩(wěn)定的，因此具備科學(xué)性；可行性：本電路的大部分參數(shù)都是通過軟件得出的，一部分?jǐn)?shù)據(jù)是通過自己的反復(fù)調(diào)試得出的，參數(shù)環(huán)境符合要求，具備可行性；有效性：本電路由五部分組成，第一部分發(fā)射信號(hào)，第二部分對(duì)信號(hào)進(jìn)行過濾放大，第三部分對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，第四部分對(duì)方波進(jìn)行移相，第五部分濾波器觀察波形，滿足課設(shè)要求。</p><p><b>　　三、電路設(shè)計(jì)</b></p><p&

16、gt;<b>　　1.放大濾波電路：</b></p><p>　　放大電路選用通帶增益Ao=25db，通帶頻率fc=200kHz，通帶增益紋波Rp=1db，截止帶頻率fs=200k Hz，截止帶衰減-10dB。就可以完成系統(tǒng)對(duì)信號(hào)濾波放大的要求。</p><p>　　高通濾波放大電路（圖2）： </

17、p><p>　　圖2 放大濾波電路</p><p>　　其中左端為輸入端，右端為輸出端，輸入的是模擬信號(hào)，輸出的也是模擬信號(hào)。輸入信號(hào)為200kHz振幅為100mVp的正弦模擬信號(hào)，通過以上公式計(jì)算出電路圖中元器件的數(shù)值，然后在multisim環(huán)境下仿真，在截止頻率為200kHz左右時(shí)，截止帶衰減-10dB。計(jì)算公式： </p>&l

18、t;p>　　其中： ,通帶增益： </p><p>　　截止角頻率： </p><p><b>　　截止頻率： </b></p><p>　　2. 施密特觸發(fā)器電路：</p><p>　　電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓；與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬

19、于“電平觸發(fā)型”電路，不依賴于邊沿陡峭脈沖。利用它在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。其設(shè)計(jì)電路圖如下（圖3）</p><p>　　圖3 施密特觸發(fā)電路</p><p>　　其中THR和TRI接信號(hào)的輸出端，同時(shí)也是施密特觸發(fā)器的輸入端，輸入為模擬信號(hào)，OUT端口接輸出端，輸出的波是數(shù)字信號(hào)。</p><p>

20、<b>　　3.移相電路：</b></p><p>　　方案一：用RC構(gòu)成一級(jí)移相電路，該電路優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在調(diào)節(jié)相位時(shí)，移相角度不大于90度，而且波形幅度的幅度發(fā)生變化，特別是移相角度不大于90度不能滿足實(shí)際需要。</p><p>　　RC一級(jí)移相電路(圖4):</p><p>　　圖4 RC一級(jí)移相電路</p>

21、<p>　　如圖為RC滯后型移相網(wǎng)絡(luò)，，，其中。即調(diào)節(jié)R或C，可以使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生0-90°的相移。</p><p>　　方案二：用RC構(gòu)成多級(jí)移相電路，該電路結(jié)構(gòu)符合移位的需求，可以在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相移，但是波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重衰減。</p><p>　　方案三：利用全通濾波電路來(lái)構(gòu)成移相電路，該電路可以在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相位，且幅度基本不變化。

22、電路圖如下（圖5）</p><p>　　圖5 全通濾波電路</p><p><b>　　，，其中。</b></p><p>　　由此可以看出，二階全通濾波電路可以產(chǎn)生0-180°相移。</p><p>　　方案四：在分頻電路末端使用D觸發(fā)器對(duì)方波進(jìn)行移相。</p><p>　　表1

23、 移相方案對(duì)比表格</p><p>　　RC移相電路構(gòu)造簡(jiǎn)單但生成波形會(huì)有較大失真。全通濾波電路可以進(jìn)行在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相位，波形失真較小且幅度基本不變化，但構(gòu)造復(fù)雜。經(jīng)考慮選擇方案四。（圖6）</p><p><b>　　圖6 分頻移相</b></p><p>　　首先將200kHZ的整數(shù)倍方波信號(hào)輸入到十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74

24、161進(jìn)行分頻，其時(shí)鐘信號(hào)的輸入頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該輸入信號(hào)的頻率，這樣才可以準(zhǔn)確的分頻。為使結(jié)果更精確，則采用三塊74161元件。通過分頻得到的不同頻率信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)輸入到D觸發(fā)器中，由于D觸發(fā)器屬于邊沿觸發(fā)器，則通過不同的時(shí)鐘信號(hào)會(huì)發(fā)生不同的寄存移相。</p><p><b>　　四、性能的測(cè)試</b></p><p>　　1. 放大濾波電路測(cè)試：</p>

25、;<p>　　表2 濾波放大電路整體參數(shù)</p><p>　　圖7 由Filterpro軟件得到的高通濾波放大電路圖</p><p>　　運(yùn)用Multisim 13進(jìn)行的高通濾波放大電路如下（圖8）：</p><p>　　圖8 高通濾波放大電路</p><p>　　200kHz振幅為200mVp的正弦模擬信號(hào)，通過上述放大

26、電路后，其輸出波特圖如下（圖9）：</p><p>　　圖9 200kHz正弦波波特圖</p><p>　　觀察波特圖左下角的數(shù)據(jù)，說明放大器的設(shè)計(jì)是正確的。</p><p>　　示波器的輸出波形如下（圖10）：</p><p>　　圖10 放大濾波后圖像</p><p>　　其中正弦波為輸入信號(hào)的波形，通道A是輸

27、入正弦波的波形，通道B是經(jīng)過整形放大器輸出的波形。</p><p>　　2. 整形電路測(cè)試：</p><p>　　整形電路圖如下（圖11）：</p><p>　　圖11 整形電路圖</p><p>　　放大后正弦波經(jīng)過整形電路后變?yōu)橥l率方波如下（圖12）：</p><p>　　圖12 正弦波整形為方波圖樣<

28、/p><p>　　輸入通道為A通道，輸出通道為通道B，采用5V電源供電，輸出波形為理論的波形。與預(yù)期相符合。</p><p>　　3. 分頻，移相性能測(cè)試</p><p>　　分頻移相電路圖如下（圖13）：</p><p>　　圖13 分頻移相電路圖</p><p>　　D觸發(fā)器輸入端通以上級(jí)整形后200kHz方波，觀

29、察兩示波器圖樣。</p><p>　　分頻電路結(jié)果圖如下（圖14）：</p><p>　　圖14 400kHz分頻圖像</p><p>　　A通道為200kHz方波圖像，B通道為400kHz分頻圖像。</p><p>　　移相電路結(jié)果圖如下（圖15）：</p><p>　　圖15 200kHz方波移相</p&

30、gt;<p>　　A通道為移相前200kHz方波，B通道為移相后200kHz方波，由測(cè)試結(jié)果看，達(dá)到課設(shè)要求。</p><p>　　4．電路整體性能測(cè)試</p><p>　　表3 電路整體輸出輸入關(guān)系</p><p><b>　　五、結(jié)論</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是針對(duì)中頻信號(hào)放大濾波整形及

31、對(duì)整形后的方波進(jìn)行0—180°相位的任意改變。根據(jù)性能測(cè)試結(jié)果來(lái)看，由于放大濾波電路是由Filterpro軟件給出，只要在其軟件上輸入指定的參數(shù)值即：通帶增益Ao=25db，通帶頻率fc=200kHz，截止帶頻率fs=200k Hz，就可以的出相應(yīng)的電路，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)基本上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。整形部分運(yùn)用由555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，參考數(shù)電書上的電路圖用555芯片和電容搭建出了施密特觸發(fā)電路并結(jié)合仿真，進(jìn)行多次調(diào)試，從測(cè)

32、試結(jié)果上來(lái)看除了信號(hào)的峰值改變了以外，準(zhǔn)確的將正弦波轉(zhuǎn)換成了方波，基本實(shí)現(xiàn)了整形的目的，但存在著一定的誤差。對(duì)于移相電路，運(yùn)用分頻器和D觸發(fā)器，對(duì)于這兩種器件來(lái)講，自身就存在一定的誤差，加上整形電路帶來(lái)的誤差，難免會(huì)在一定程度上出現(xiàn)與理論值不太相符的現(xiàn)象，但在整體上來(lái)看，基本上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　六、性價(jià)比</b></p><p>　　對(duì)于

33、本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)中頻信號(hào)放大濾波整形及移相。在性能上來(lái)看，電路基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻波的放大濾波整形及移相。就價(jià)格上來(lái)講，此設(shè)計(jì)運(yùn)用到了運(yùn)算放大器，就LM324來(lái)講0.46元/PCS；555芯片市場(chǎng)平均價(jià)個(gè)不超過0.50元/PCS；74161N計(jì)數(shù)器平均2.00元/PCS；D觸發(fā)器品均0.75元/PCS。總體上來(lái)看，此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的性價(jià)比是比較高的了。</p><p>　　七、課設(shè)體會(huì)及合理化建議</p>

34、<p>　　通過近兩周的課設(shè)，讓我受益匪淺。在拿到課設(shè)題目時(shí)，大腦一片空白，沒有半點(diǎn)思路。通過對(duì)課題要求的理解以及提供的參考文獻(xiàn)，得知這是對(duì)模電與數(shù)電的綜合應(yīng)用。之后，在圖書館借閱了相關(guān)資料開始學(xué)習(xí)起來(lái)，并運(yùn)用網(wǎng)上資源也學(xué)到不少，比如說運(yùn)算放大器的選擇、施密特觸發(fā)器的用途、波形移相的方法以及認(rèn)識(shí)到不同波形本質(zhì)上的區(qū)別。就本課題中對(duì)方波移相來(lái)說，是我最頭痛的一塊，書上與網(wǎng)上根本沒有具體的說法，能找到的只有正弦波的移相，但運(yùn)用在方

35、波上就出現(xiàn)失真的狀況，這一塊就花費(fèi)了我整整一個(gè)星期的時(shí)間，最后在數(shù)電書上有了靈感，運(yùn)用到了D觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)器，并趕出了這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)，如果給我更多的時(shí)間我會(huì)做的更好。我想這次課設(shè)的目的在于將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中。讓我學(xué)到很多。</p><p>　　建議是希望課設(shè)題目多元化，學(xué)生可以選擇自己喜歡的課題進(jìn)行研究，并可以給出充足的時(shí)間做出實(shí)物。也希望學(xué)校多多組織這樣的活動(dòng)，大學(xué)生動(dòng)手能力訓(xùn)練十分重要。&

36、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白，華成英主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．[M]北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù)．[M]北京：高等教育出版社，2006年</p><p>　　[3] 楊興瑤、張益清、楊震緒. 實(shí)用電子電路500例:化

37、學(xué)工業(yè)出版社，2006年</p><p>　　[4] 丁士圻編．模擬濾波器：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2004年</p><p>　　[5] 何希才編. 常用集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè):國(guó)防工業(yè)出版社，2006年</p><p>　　[6] 王冠華編著.Multisim 10電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用：國(guó)防工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　[7] 高吉祥