1、 模拟电子技术模拟电子技术吴晓燕项目四 扩音器的制作项目描述项目描述2.1项目资讯项目资讯 2.2项目实施项目实施 2.3项目评价与总结项目评价与总结 2.44.1 项目描述在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中，在大型的会议室、商场、学校里，在促销、旅游及健身等活动中，有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可有一种电子设备是必备的，那就是扩音器。最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤
2、波器共同组第二个项目已经学习了，而音调控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。输入放大电路:主要完成输入的微弱信号的放大，可以有分立元件的放大电路构成，也可以采用集成运放完成。音调调整电路:主要完成音频信号的高低音控制，以满足人们对声音个性化的要求。功率放大电路:对音频信号进行电压和电流放大，以驱动扬声器发声，要求功率足够大、失真度要小。直流稳压电源:为整机提供稳定的直流电压。简易扩音器电路任务引入任务引入最简易的扩音器整机电路，可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分。其中前置放大级我们第二个项目已经学习了，而音调
3、控制级由低通滤波器和高通滤波器共同组成，所以需要先从各种滤波器的特性讲述。任务任务4-1 集成运放构成的低通、高通滤波电路的组建与测试 相关知识相关知识1）滤波电路的基础知识。2）滤波电路的分类3）有源滤波器与无源滤波器的特性差别。滤波电路滤波电路 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。分类：分类：按处理按处理方法分方法分硬件滤波硬件滤波软件滤波软件滤波按所处理按所处理信号分信号分模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器按构成按构成器件分器件分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器按频率按频率特性分特性分低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波
4、器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器理想滤波器的频率特性理想滤波器的频率特性fuAlg20fuAlg20fuAlg20fuAlg20通通通通通通 阻阻 通通阻阻 通通 阻阻阻阻阻阻低通低通高通高通带通带通带阻带阻按传递按传递函数分函数分一阶滤波器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器N 阶滤波器阶滤波器:4.1 有源低通滤波有源低通滤波电路电路(LPFLow Pass Filter)通带放大倍数通带放大倍数)1(j1j11fioRRCRCUUAu 一、一阶一、一阶 LPFRf8CR1RoUiUHfj1ffAu 其中，其中，Auf=1+Rf/R1fH=1/2 RC 上限截止频率上限截止频率Hf j
5、11f/fAAuu 2Hf)/(11lg20lg20ffAAuu )/(arctanHff fH归一化归一化幅频特幅频特性性fdB/lg20fuuAA0 3 20 dB/十倍频十倍频二、二、二阶二阶 LPF1.简单二阶简单二阶 LPF8CR1RCRRfoUiUPU通带增益：通带增益：Auf=1+Rf/R1问题：问题：在在 f=fH 附近，输出幅度衰减大。附近，输出幅度衰减大。40 dB/十倍频十倍频 40f/fH0 10 2010 301dB/lg20fuuAA改进思路：改进思路：在提升在提升 fH 附近的输出幅度。附近的输出幅度。4.2 有源高通滤波有源高通滤波电路电路(HPFHigh Pa
6、ss Filter)8CR1RfRCRoUiU通带增益：通带增益：Auf=1+Rf/R1RCf 21nQ=1/(3 Auf)f/fn0 3 10 2010 30 40Q=0.707Q=1Q=2Q=51dB/lg20fuuAAAuf=3 时时，Q ，uA电路产生电路产生自激自激振荡振荡二阶低通、高通，为防止自激，应使二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf 3。本次任务本次任务 一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试测试 一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试测试 知识目标知识目标 1 1、理解有源滤波器的构成及
7、分类特点；、理解有源滤波器的构成及分类特点；2 2、熟悉有源滤波器的频率特性。、熟悉有源滤波器的频率特性。能力目标能力目标 1 1、会对运算放大器构成的低通滤波电路进、会对运算放大器构成的低通滤波电路进行分析和参数测量；行分析和参数测量；2 2、会对运算放大器构成的高通滤波电路进、会对运算放大器构成的高通滤波电路进行分析和参数测量。行分析和参数测量。素质目标素质目标 1 1、培养学生自学能力与团队合作能力；、培养学生自学能力与团队合作能力；2 2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提、培养学生独立思考、勤于思考、善于提问的学习习惯；问的学习习惯；3 3、培养学生良好的沟通交流能力、培养学生良好的
8、沟通交流能力1 1。布置课堂操作任务布置课堂操作任务p本次课堂训练操作将记录成绩本次课堂训练操作将记录成绩上页上页下页下页第二步第二步 用示波器观察输入、输出波形用示波器观察输入、输出波形。第三步第三步 用波特仪观察幅频特性、相频特性用波特仪观察幅频特性、相频特性上页上页下页下页第一步第一步 搭接一阶、二阶有源低通滤波器搭接一阶、二阶有源低通滤波器；有源滤波器（a）电路）电路（b）幅频特性）幅频特性图图8-1 一阶同相输入有源低通滤波器一阶同相输入有源低通滤波器理论上在滤波器通带内电压放大倍数理论上在滤波器通带内电压放大倍数 ，上截止频率，上截止频率 ，用波特，用波特图示仪测得图示仪测得 ，。
9、将电路相关元件参数代入公式计。将电路相关元件参数代入公式计 =1.592kHz，（20lg3=9.542dB），理论计算和），理论计算和仿真仪器测量结果基本一致。仿真仪器测量结果基本一致。2.反相输入低通滤波器电路反相输入低通滤波器电路（a）电路）电路（b）幅频特性）幅频特性图图8-2 一阶有源反相输入低通滤波器一阶有源反相输入低通滤波器图图8-2（a）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数）为反相输入低通滤波器电路，电路的电压放大倍数（20lg2=6.02dB），上截止频率），上截止频率 。图。图8-2（b）为）为幅频特性幅频特性,测量出放大器增益为测量出放大器增益为6dB，上截止频率
10、为，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪。理论计算和仪器测量结果基本一致。图器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电原件接入负反馈电路。虽然前后两个滤波电路不同，但路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一元件参数相同，所以幅频特性是一样的。上述两个电路也可应用样的。上述两个电路也可应用“交流分析交流分析”法测量它们的幅频特性。法测量它们的幅频特性。4.1.2 二阶有源低通滤波器（二阶有源低通滤波器（LPF）在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级在一阶低通滤波器电路的基础上，再加上一级RC低通电路构成了二低通电
11、路构成了二阶低通滤波电路。阶低通滤波电路。图图8-3（a）低通滤波器电路图）低通滤波器电路图图图8-3（a）中第一级）中第一级RC低通电低通电路中的路中的C1的下端没有接地，而的下端没有接地，而是接到运算放大器的输出端，是接到运算放大器的输出端，目的是在截止频率附近引入正目的是在截止频率附近引入正反馈，使幅频特性得到改善。反馈，使幅频特性得到改善。该电路的电压放大倍数：该电路的电压放大倍数：滤波器的特征频率：滤波器的特征频率：，等效品质因数，等效品质因数。有源滤波器图图8-3（b）Q=0.707当当Rf=5.85k时，时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率，这时的幅频特性比
12、较平坦，电路的特征频率 的的上截止频率上截止频率，如图，如图8-3（b）所示。）所示。有源滤波器图8-3（c）Q=2当当Rf=15k时，时，Q=2，幅频特性出现升峰现象，如图，幅频特性出现升峰现象，如图8-3（c）所示。）所示。有源滤波器图图8-3 (d)Q=当当Rf=20k时，时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-3（d）所示，）所示，为避免这种情况，选择电路元件参数时，应使为避免这种情况，选择电路元件参数时，应使Rf2R3。第二步第二步 将输入端接信号发生器，滤波器的输入、输出端分别接毫伏表将输入端接信号发生器，滤波器的输入、输出端分别接毫伏
13、表，同时在输出端接示波器，调节信号发生器使其输出电压幅值同时在输出端接示波器，调节信号发生器使其输出电压幅值Ui一一1 V的正弦波信号（毫伏表指示），的正弦波信号（毫伏表指示），第三步第三步 观察输出端的毫伏表的读数与示波器的波形观察输出端的毫伏表的读数与示波器的波形。上页上页下页下页第一步第一步 按图完成连线按图完成连线。测试相关数据。测试相关数据。有源滤波器4.1.3 二阶有源高通滤波器（二阶有源高通滤波器（HPF）图图8-4（a）低通滤波器电路图）低通滤波器电路图高通滤波器电路与低通滤波器高通滤波器电路与低通滤波器电路具有对偶关系，即将低通电路具有对偶关系，即将低通滤波器中滤波元件滤波器
14、中滤波元件R、C的位置的位置互换，即可得到高通滤波电路，互换，即可得到高通滤波电路，如图如图8-4（a）所示，电路性能）所示，电路性能参数如下；参数如下；通带电压增益通带电压增益 特征频率特征频率 等效品质因数等效品质因数 31fvfRAR 1112nfRC13vfQA8.1 有源滤波器图图8-4 （b）Q=0.707当当Rf=5.85k时，时，Q=0.707，Avf=1.585，根据公式计算，根据公式计算=1.592kHz，这时高，这时高通滤波器的幅频特性比较平滑，通滤波器的幅频特性比较平滑，1.6kHz，如图，如图8-4（b）所示。）所示。LfLf有源滤波器图图8-4 （c）Q=2当当Rf
15、=15k时，时，Avf=2.5，Q=2，高通滤波器的幅频特性出现升峰现象，如图，高通滤波器的幅频特性出现升峰现象，如图8-4（c）所示。）所示。8.1 有源滤波器图图8-4 （d）Q=当当Rf=20k时，时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-4（d）所示，）所示，实际中应避免出现这种现象。实际中应避免出现这种现象。有源滤波器图图8-4 （e）参数扫描分析结果）参数扫描分析结果图图8-4（e）是用）是用“参数扫描分析参数扫描分析”法得出的结果，将（法得出的结果，将（b）、（）、（c）、（）、（d）三）三种情况放在一个坐标系中作对比。种情况放在一个坐标系中作对比。上页上页下页下页第一第一滤波电路的基础知识第二第二滤波电路的分类第三第三有源滤波器与无源滤波器的特性差别第四第四一阶、二阶有源低通滤波器一阶、二阶有源低通滤波器的仿真与测试的仿真与测试第五第五一阶、二阶有源一阶、二阶有源高高通滤波器通滤波器的仿真与测试的仿真与测试学生演示学生演示学生自评学生自评学生互评学生互评教师点评教师点评布置课后资讯任务布置课后资讯任务上页上页下页下页
