放大滤波电路设计
摘 要
研究目的主要为自主设计一个放大滤波电路，使其满足相应参数要求，并且在放大器输出端留有测试端子。本作品信号源提供正弦输入信号，基本满足电压增益40dB可调、低通滤波器、带通滤波器设计等任务要求。
关键词：放大滤波电路、运算放大器、滤波器、模拟仿真
目 录
摘 要 ⅰ
第一章 设计内容及任务 1
1.1 任务 1
1.2 任务要求 1
第二章 设计方案及工作原理 2
2.1 预期实现目标 2
2.2 各模块的论证与选择 2
2.2.1 放大部分 2
2.2.2 滤波部分 2
2.2.3 电源部分 3
2.2.4 元器件的选择 3
第三章 必要的调试与仿真 4
3.1 放大器模块 4
3.2 滤波器模块 5
3.2.1 低通滤波器模块 5
3.2.2 带通滤波器模块 6
第四章 总结与展望 7
参考文献 8
致谢 9
附录 10
附录一 电路原理图 10
附录二 AD图 11
附录三 PCB图 12
附录四 所用元器件清单 13
一、设计内容及任务
1.1 任务
设计并制作一个能够放大模拟信号并且通过低通滤波器进行电子滤波、通过带通滤波器，屏蔽其他频段的电路。系统结构如图1.1所示。
图1.1
1.2 任务要求
（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB可调，通频带为100Hz～40kHz,RL=1k，放大器输出电压无明显失真。
（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc为15kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB。截止频率的误差不大于10%。RL=1k。
（3）制作一个带通滤波器，中心频率30kHz，通频带5kHz，通带内要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于45dB。截止频率的误差不大于10%。RL=1k。
（4）所有电路为单电源供电。
（5）正弦输入信号由信号源提供。
（6）放大器输出端留出测试端子。
二、设计方案及工作原理
正如该赛题所述，主要任务是设计并制作一个放大滤波电路，故本电路主要由放大部分和滤波部分组成。滤波部分又分为低通滤波部分和带状滤波部分。
2.1 预期实现目标
设计并制作一个放大滤波电路，单电源供电且又信号源提供正弦输入信号。放大器部分采用模拟信号放大电路，将信号的幅度由小放大，达到放大的效果；滤波部分采用低通滤波器和带状滤波器使低于截止频率的信号、特定频段的波通过而屏蔽其他频段，达到滤波的效果。
2.2 各模块的论证与选择
2.2.1 放大模块
模拟信号放大电路是一种最常用，最基本的模拟电子电路。模拟信号放大电路中放大的概念是将信号的幅度由小放大，像本次实验中的实现电压的40dB增益。具体电路分解部分如图2.1。
图2.1
2.2.2 滤波部分
在有源滤波器中，常常把能通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率。低通滤波器（Low-pass filter）是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。在本次比赛中，我们运用的是二阶低通滤波器。相比于一阶滤波器，二阶的带外衰减是40db/十倍频，滤波效果更好，而且二阶滤波器电容更容易选择，对信号的干扰更小
带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。
2.2.3 电源部分
由于选取的运算放大器为双电源元件，而比赛规定只能单电源供电，因此加了电源后在两个相等的电阻中加了一个接地端，实现了运算放大器需要的双电源输入。
2.2.4 元器件选择
在放大电路模块中，为了实现40dB的电压增益，我们选择了电阻比为99的两个定值电阻分别接在运放负极与输出端和负极与地之间。由于当前市场在售的电阻规格有限，我们将最终的电阻选择为9.9k和100，其中9.9k的电阻由9k和900的电阻等效。为了实现电压可调，我们在查阅资料后，采用了200的电位器。在运算放大器的选取问题上，我们尝试了多种规格，最后选择了3554BM型号的运算放大器，除了放大效果好之外，该放大器的突出特点是没有电压偏置，稳定性高。
在滤波电路的选取中，由于电容的规格较为有限，因此我们先定下了电容的规格为1nF,随后再经过不同的滤波器的要求，经过计算和多次调试后确定了各个电阻的阻值。滤波电路中的运算放大器我们依旧选择了3554BM。
电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器，由于它在电路中的作用是获得与输入电压（外加电压）成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。在本次比赛中，电位器作三端元件使用，实现电压增益40dB可调（即0-100倍可调）功能。
三、必要的调试与仿真
3.1 放大器模块
放大器模块的测试电路如图3.1、测试数据如图3.2、放大低通带通交流分析如图3.3
图3.1测试电路
图3.2测试数据
图3.3放大低通带通交流分析
3.2 滤波器模块
3.2.1 低通滤波器模块
低通滤波器模块的测试电路如图3.4、测试数据如图3.5、放大低通带通交流分析如图3.6
图3.4测试电路
图3.5测试数据
图3.6放大低通带通交流分析
3.2.2 带通滤波器模块
带通滤波器模块的测试电路如图3.7、测试数据如图3.8、放大低通带通交流分析如图3.9
图3.7测试电路
图3.8测试数据
图3.9放大低通带通交流分析
参 考 文 献
1） 专著（教材） 著录格式： [序号] 编著者. 书名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 页码.
例：
[1] 臧春华、葛玉蓝、施亿平 等. 电子线路设计与应用[M]，北京: 高等教育出版社, 2004.7.
[2] Isidori A. Nonlinear control systems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989. 32~33.
[3]王友仁 、李东新、 姚睿.模拟电子技术基础教程[M],北京：科学出版社，2011.2.
[4]吴援明 唐军 主编,模拟电路分析与设计基础[M],北京：科学出版社，2006
[5]廖惜春 主编,模拟电子技术基础[M],北京：科学出版社，2011.11
注：初版书不标注版本，页码是可选项。
2） 期刊 著录格式： [序号] 作者. 题目[J]. 刊名，年，卷（期）：页码.
例：
[1] 傅惠民. 二项分布参数整体推断方法[J]. 航空学报，2000，21（2）： 155~158.
[2] Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jets[J]. AIAA J, 1995, 33(5): 871~875.
注：外文期刊的刊名可用简称；请注意标注文章的年、卷、期、页，不要遗漏。
3） 学位论文 著录格式：[序号] 作者. 题目[D]. 地点：单位，年.
例：
[1] 朱刚. 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题[D]. 北京：清华大学，1996.
[2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamics in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983.
4） 论文集，会议录 著录格式：[序号] 主要责任者. 题名[C]. 出版地：出版者，出版年.
例：
[1] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国社会科学出版社，1994.
[2] 北京空气动力研究所. 第九届高超声速气动力会议论文集[C]. 北京：北京空气动力研究所，1997.
5） 论文集中析出的文献 著录格式：[序号] 作者. 题目[A]. 见：主编. 论文集名[C]. 论文集名. 出版地：出版者，出版年：页码.
例：
[1] 陈永康，李素循，李玉林. 高超声速流绕双椭球的实验研究[A]. 见：北京空气动力研究所编. 第九届高超声速气动力会议论文集[C]. 北京：北京空气动力研究所，1997：9～14.
[2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics of the approach glide-down path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 1997: 236～241.
注：会议文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是会议地点。
6） 科技报告 著录格式：[序号] 作者. 题名[R]. 报告题名及编号，出版地：出版者，出版年.
例：
[1] 孔祥福. FD-09风洞带地面板条件下的流场校测报告[R]. 北京空气动力研究所技术报告 BG7-270，北京：北京空气动力研究所，1989.
[2] Carl E J. Analysis of fatigue, fatigue-crack propagation and fracture data[R]. NASA CR-132332, 1973.
注：对于NASA报告，AIAA Paper等航空航天领域知名报告，出版地和出版者可以省略。
7） 国际、国家标准，行业规范 著录格式：[序号] 标准编号，标准名称[S]. 出版地：出版者，出版年.
例：
[1] MIL-E-5007 D, 航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范[S]. 美国空军，1973.
[2] GB 7713-87, 科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式[S].
注：对于国标GB等，出版地、出版者和出版年可省略。
8） 专利 著录格式：[序号] 设计人. 专利题名[P]. 专利国别：专利号，公告日
例：
[1] 黎志华，黎志军. 反馈声抵消器[P]. 中国专利：ZL85100748，1986－09－24.