课程设计（论文）基于运算放大器的工频信号陷波器设计

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1、燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目：基于运算放大器的工频信号陷波器设计 学院（系）：电气工程学院年级专业：08级检测技术及仪器学 号：学生姓名：指导教师：教师职称：讲师燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：仪器科学与工程系 学 号学生姓名专业（班级）检测技术及仪器2班设计题目基于运算放大器的工频信号陷波器设计设计技术参数设计消除叠加在频率为1kHz以上的测试信号中所包含的50Hz工频信号。设计要求1：完成题目的理论设计模型；2：完成电路的multisim仿真；工作量1：完成一份设计说明书(其中包括理论设计的相关参数以及

2、仿真结果)；2：提交一份电路原理图；工作计划周一，查阅资料；周二到周四，理论设计及计算机仿真；周五，撰写设计说明书；参考资料1：基于运算放大器和集成电路的电路设计2：模拟电子技术3：电路原理 4：数字电子技术指导教师签字温江涛基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2011年 6 月 23 日 2 共13 页 第 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书目 录第1章 摘要4第2章 引言4第3章 电路原理图5第4章 基于运算放大器的工频信号陷波器构建64.1理论分析64.2 参数计算74.3 电路组成8第5章 基于运算放大器的工频信号陷波器性能测试

3、95.1 multisim 各频率信号源仿真95.2 数据记录11第6章 结论11心得体会12参考文献13 第1章 摘要本文介绍一种基于运算放大器的工频信号陷波器的设计与制作，简要地介绍了工频信号陷波器的工作原理与设计方案，并详细地介绍了该陷波器的参数设计和制作过程，通过multisim的仿真与测试，记录和分析了该陷波器的工作特性与陷波性能，论证了该陷波器的可行性。 该陷波器陷波性能良好，带宽较小，电路线路简单，易于实现，滤波性能方便调整，具有很大的实际应用价值。第2章 引言 工频陷波器是阻带宽度较小的带阻滤波器，它的作用是阻止或滤掉信号中有害分量，达到减少对电路的影响。工频为一频率单一且固定

4、的某一信号，工频通常和二次谐波及高次谐波同时出现。而有时工频是不需要的，甚至会给其他信号造成很大的干扰。工频陷波器就是为了很大程度地抑制或阻止该种所不需要工频信号，同时对其他频率的信号没有较大的抑制作用。高性能的工频陷波器，它应能完全滤除工频和其高次谐波而不衰减其他谐波。要获得这样高的性能，需要Q值很高的滤波器，而且调谐必须非常准确，而Q值可调双T型带阻滤波器的Q值达到150，但是Q值过高又会影响响应时间，且由于元器件的非理想性 ，Q值又不易太大。获得高性能的工频陷波器，采用双T型带阻滤波器来实现陷波可大大提高其性能指标。工频陷波器不仅在通信领域里被大量应用，还在自动控制、雷达、声纳、人造卫星

5、、仪器仪表测量及计算机技术等领域有着广泛的应用。第3章 电路原理图第4章 基于运算放大器的工频信号陷波器构建4.1理论分析基于运算放大器的工频信号陷波器设计，用以消除叠加在频率为1kHz以上的测试信号中所包含的50Hz工频信号，即设计中心频率分别为50Hz的窄带陷波器。输入信号通过陷波器，然后经过反相器输出，反相器是使输入输出有左右的相位差，便于对比输入输出波形，从而观察分析滤波情况。电路构建框图和最终电路图如图4.1.1图4.1.2所示 反相器 50HZ陷波器 输入 输出输出信号信号图4.1.1基于运算放大器的工频信号陷波器构建框图 图4.1.2基于运算放大器的工频信号陷波器电路图满足指定中

6、心频率和带宽要求，基于仅仅需要消除叠加在频率为1kHz以上的测试信号中所包含的50Hz工频信号，为了降低带宽，则需要选用高品质因数Q的电路，本设计选用Q=150，其电路如图4.1.2所示 该电路的带阻函数： (4.1.1) 将上式化成标准形式,则 (4.1.2)令对应系数相等，通过观察可得：令，可得 (4.1.3) 4.2 参数计算 当中心频率为50Hz时，Q为最大值150时，则根据式（1.1.3）取，则可得，由于反向器的放大倍数为-1所以取4.3 电路组成图4.3.1 工频信号有源陷波器Multisim仿真电路电路参数： 第5章 基于运算放大器的工频信号陷波器性能测试5.1 multisim

7、 各频率信号源仿真图5.1.1 =49Hz时仿真波形图图5.1.2 =50Hz时实测波形图图5.1.3 =51Hz时实测波形图5.2 数据记录表5.1.1 =49Hz、50Hz、51Hz时数据记录频率/Hz输入幅值/V输出幅值/V衰减/dB相位差4954.972-0.0491.0585050.117-32.5991.1935154.896-0.1830.923分析：当频率为49Hz的信号通过陷波器时，由于该频率小于第一窄带阻带的，因此衰减较少，所以该信号能通过陷波器。当频率为50Hz的信号通过陷波器时，由于该频率等于第一窄带阻带的中心频率，所以该信号不能通过陷波器。当频率为51Hz的信号通过陷

8、波器时，由于该频率大于第一窄带阻带的，因此衰减较少，所以该信号能通过陷波器。第6章 结论本设计采用Q值可调双T型陷波器以消除叠加在频率为1kHz上的测信号中所包含的50Hz工频信号，当频率50Hz的信号通过陷波器时，由于该信号刚好等于陷波器的窄带阻带的中心频率，所以工频信号不能通过陷波器而被滤掉。而其他频率信号都处于陷波器的窄阻带的范围外，这些信号都能通过陷波器。这样就消除了测试信号中来自工频的干扰。心得体会通过为期一周的测控电路课程设计，我的收获颇丰。首先，拿到“基于运算放大器的工频信号陷波器设计”这个题目的时候，就着手查询资料了解这个题目的含义。在之前专业课理论知识的基础上，我们又从模糊到

9、熟悉逐渐了解了什么是工频信号，什么是陷波器。然后面对我们的首要任务，我们的想法，我们的思路是什么？顺着这个方向开始我们的工作，因此我觉得，目标和计划都是很重要的，我们要时刻保持大脑的清醒。在整个过程中，我发现自己的理论知识的不足，同时所学的知识掌握不牢固，就是通过这次课程设计，不仅拓宽了我的知识面，还巩固和夯实了所学的理论知识，同时纠正了一些知识点上的错误认识和理解。其次，有一些问题，当我们一个人面对的时候可能怎么都想不明白，可是当我们跟其他人一起探讨时，好多时候，问题都迎刃而解，可见团队合作的重要性，而且我们要养成谨慎，认真，踏实，有耐心，坚持的作风，尤其是要亲自动手去做，没有付出是不会有回

10、报的。最后，课设中，我们还学会了multisim仿真软件的使用，非常有成就感，极大的激发了我们对新鲜事物学习的兴趣，从而以积极的心态去面对这次课程设计。最后，我通过这次课程设计，使我带阻滤波器有了更深刻的理解。总之，在这一周的时间，一直是有条不紊的进行着，到最后看到我们的努力得到收获的时候，我们满怀欣慰。在这次课设中，我们看到了自己的进步，看到了学院领导和老师们对工作的认真负责和对学生的耐心和热情，所以在以后的课程设计中，我将满怀激情，更加努力去面对。参考文献 1. 作者：赛尔吉欧佛朗哥 译者： 刘树棠 朱茂林 荣玫 基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计 西安交大出版社 2001年2. 邱关

11、源. 电路原理. 高等教育出版社 2008年3.康华光. 模拟电子技术. 高等教育出版社 2008年4.阎石. 数字电子技术基础. 高等教育出版社 2009年燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早退现象 （有 无）该生依赖他人进行设计情况 （有 无）平时成绩： 指导教师签字： 2011 年 6月 26日图面及其它成绩：答辩小组评语：设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 设计合理，实现设计要求。 实现了大部分设计要求。 没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。 答辩成绩： 组长签字： 2011 年 6 月 26日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字： 2011年 6 月 26日15 共 14页 第 页