中北大学课程设计说明书学生姓名:罗再兵学号： ********** 学院: 电子与计算机科学技术学院专业: 电子科学与技术题目: 信号放大滤波电路设计指导教师：孟令军职称: 副教授2011 年 12 月 30日目录1、设计任务 (2)2、设计目的 (2)3、设计方案 (2)4、参考电路设计与分析 (3)4.1、同相比例放大器 (3)4.2、二阶压控电压源低通滤波器 (3)4.3、二阶压控电压源高通滤波器 (4)5、信号放大滤波电路 (5)5.1信号放大滤波电路设计 (5)5.2信号放大滤波电路仿真 (6)5.3信号放大滤波电路性能评估 (8)5.4信号放大滤波电路PCB板图 (8)6、设计仪器设备 (9)7、设计心得 (9)一. 设计任务1、查阅熟悉相关芯片资料；2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总放大倍数为12；3、并通过高通、低通滤波电路滤波；4、利用PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用multisim 软件仿真。
二. 设计目的1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。
2、学习使用PROTEL 软件绘制电路原理图和印刷版图。
3、掌握应用multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。
三．设计方案由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大12倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。
设计框架图如下：信号输入信号输出图1 信号放大滤波电路设计方案图1为信号放大滤波电路设计方案。
在这一方案中，系统主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。
由于要求实现信号的3级放大，总放大倍数为12，信号经过同相比例放大器后放大12倍，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于1）后就可以得到我们所需频段的信号。
四．参考电路设计1、同相比例放大器同相输入比例运算电路如图2所示。
该电路是一个电压串联负反馈电 路。
要求两输入回路参数对称，即P NR R =，1R R N =//f R ，2R R P =。
其放大倍数为:)(1f u R R A +=/1R图2 同相比例放大器2、二阶压控电压源低通滤波器 1）、电路分析 二阶压控低通滤波器电路如图3所示。
该电路具有元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。
电路中C1、C2、R1、R2构成反馈网络。
运算放大器接成电压跟随器形式，在通频带内电压增益等于1。
图3 二阶压控电压源低通滤波器2）、电路传递函数和特性分析 二阶低通滤波器的传递函数由式（1-1）决定2)(11)(00w s w s Q A s A upu ++= (1-1)式中，Aup 为同带增益，表示滤波器在通频带内的放大能力，图3 所示滤波器Aup=1；w0为截止角频率，表示滤波器的通带与阻带的分界频率；Q 为品质因数，是一个选择因子，其值的大小由幅频特性曲线决定。
若取R1=R2=R ，则电路的Q 和w0的值由式（1-2）和式（1-3）决定：2110C C R w = (1-2)1221C C Q = (1-3)3）、电路元件参数的设定 根据低通滤波电路的截止频率f0，先确定R 的值，然后根据式（1-2）和式（1-3）求出C1和C2为R w Q C 012= (1-4)R Qw C 0221= (1-5)3、二阶压控电压源高通通滤波器1）、电路分析 二阶压控高通滤波器电路如图4所示。
从电路图看，高通滤波器与低通滤波器电路形式相似，只是两者电阻与电容位置互换。
因此该电路的分析方法与涉及步骤与低通滤波电路基本相同。
电路中C1、C2、R1、R2构成反馈网络。
运算放大器接成电压跟随器形式，其闭环增益等于1。
图4 二阶压控高通滤波器2）、电路传递函数和特性分析 二阶高通滤波器的传递函数由式（1-6）决定2)(11)(00Sw S w Q A s A up u ++= （1-6） 若取C1=C2=C 时，则电路的Q 和w0的值由式（1-7）和式（1-8）决定：2101R R C w = (1-7) 2121R R Q = (1-8)3）、电路元件参数的设定 根据高通滤波电路的截止频率f0，先确定C的值，选择Q 值。
在根据所要求的特征角频率，然后根据式（1-7）和式（1-8）求出R1和R2为：C Qw R 0121= (1-9)C w Q R 022= (1-10)五．信号放大滤波电路1、信号放大滤波电路设计1）、该电路选用通用运算放大器LM741，经同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器三种电路级联得到。
2）、电路元件参数的设定（通频带为10HZ~200HZ ；21=Q ； 1=up A ）同相比例放大器取1R K 10=,)(1f u R R A +=/1R 12= 可得K R f 110=； 由P N R R =，1R R N =2R R P =得K R 167.92=。
二阶压控电压源低通滤波器取截止频率为HZ f 2000=，KR R R 521===，由式(1-4)和式（1-5）可得nF C 2251=，nF C 5.1122=。
二阶压控电压源高通滤波器取截止频率为HZ f 100=， uF C C 121==，由式(1-4)和式（1-5）可得K R 254.111=， K R 408.222=。
3）、信号放大滤波电路电路图如图5所示图5 信号放大滤波电路2、信号放大滤波电路的仿真在输入端加入正弦电压信号i U ，通过改变输入信号的频率与幅值来测量电路的传输特性。
测量电路图如图6所示：图6 信号放大滤波仿真电路取V U i 5.0=，改变输入信号的频率，测得相应频率时的输出电压，即改变一次信号频率，测量一次O U 值，测量值记入表1中：表1 幅频特性测试数据 HZ f /5 10 30 60 120 200 400V U o /15.998 5.998 5.998 6 6 6 6 V U o /25.998 5.998 5.997 5.976 5.646 4.244 1.456 V U o /1.455 4.242 5.96 5.974 5.646 4.244 1.456在通频带内取HZ f 60=，改变输入信号的幅值，测得相应幅值对应时时的输出电压，即改变一次输入信号的幅值，测量一次O U 值，测量值记入表2中：表2 信号放大特性测试数据3、信号放大滤波电路性能评估由表1测试数据可知，在通频带（10HZ~200HZ ）内，如HZ f 60=时电压放大倍数=u A 5.974/0.5=11.948，与要求的12倍相符合；当取截止频率HZ f 100=时Q=4.242/6=0.7067，HZ f 2000=时Q=4.244/6=0.7067，都与设计时所取的Q=1/2=0.7071值相符合；当f 在通频带外时，如取HZ f 5=时 信号经低通高通滤波器后有6V 下降到1.455，表明信号被严重过滤，也与设计要求相符合。
即该电路频率特性与设计要求相符合。
由表2测试数据可知，该电路输入的放大信号为小信号时性能十分优良，当输入信号变大时，放大性能开始下将，即测试范围有限，范围约为i U <=1V 。
我们知道运放的放大与外接直流电源有关，放大后的信号不可能超过外接电压，LM741的外接电压为3V~22V （测试取18V ）。
经分析信号放大性能也与满足设计要求。
因此该电路满足设计要求（放大12倍，通频带为10HZ~200HZ ）。
4、信号放大滤波电路PCB 板图该电路PCB 板图如图7所示：图7 信号放大滤波电路PCB板图六．设计仪器设备1、LM741CH芯片（3片）2、电阻5K（2只）、9.167K（1只）、10K（1只）、11.254K（1只）、22.508K（1只）、110K（1只）3、电感112.5nF（1只）、225nF（1只）、1uF（2只）七．设计心得通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，让我们熟悉了电路设计的一般流程及方法。
掌握了许多电路设计软件和仿真软件的运用，为今后学习打下了坚实基础。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的问题，特别是装软件和软件使用遇到了很大困难，不过经过努力最后都克服了。
在做课程设计的同时也巩固了相关课本知识，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次课程设计恰好也锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
参考文献（1）童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002（2）张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004（3）陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005 （4）毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005（5）潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：西安电子科技大学出版社，2002 （6）张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，200410/10。