模拟电子技术 吴晓燕

项目四 扩音器的制作 项目描述 2.1 项目资讯 2.2 项目实施 2.3 项目评价与总结 2.4

4.1 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，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。

简易扩音器电路 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。

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 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 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。

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。

· 通 通 阻 通 阻 通 阻 阻 低通 高通 带通 带阻 滤波电路 — 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。 分类： 按处理 方法分 硬件滤波 按构成 器件分 无源滤波器 按所处理 信号分 模拟滤波器 软件滤波 有源滤波器 数字滤波器 低通滤波器 按传递 函数分 一阶滤波器 二阶滤波器 N 阶滤波器 : 按频率 特性分 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 理想滤波器的频率特性 f · 通 通 阻 通 阻 通 阻 阻 低通 高通 带通 带阻

· · · 归一化 · 幅频特性 · 4.1 有源低通滤波电路(LPF—Low Pass Filter) 一、一阶 LPF Rf 8 C R1 R · 其中， Auf = 1 + Rf /R1 — 通带放大倍数 fH = 1/2RC — 上限截止频率 · 归一化 幅频特性 f · · -20 dB /十倍频 -3 fH

二、 二阶 LPF · 1. 简单二阶 LPF · 通带增益： Auf = 1 + Rf/R1 -40 f / fH -10 -20 10 -30 1 · 1. 简单二阶 LPF 8 C R1 R Rf · –40 dB/ 十倍频 通带增益： Auf = 1 + Rf/R1 问题：在 f = fH 附近，输出幅度衰减大。 改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。

4.2 有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter) 8 C R1 Rf R · f / fn -3 -10 -20 10 -30 -40 Q = 0.707 Q = 1 Q = 2 Q = 5 1 · 通带增益： Auf = 1 + Rf / R1 Q = 1/(3 - Auf) Auf = 3 时， Q  ， 电路产生自激振荡 二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3。

本次任务 一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试 一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试

知识目标 1、理解有源滤波器的构成及分类特点； 2、熟悉有源滤波器的频率特性。

能力目标 1、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； 2、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。

素质目标 1、培养学生自学能力与团队合作能力； 2、培养学生独立思考、勤于思考、善于提问的学习习惯； 3、培养学生良好的沟通交流能力1。

布置课堂操作任务 本次课堂训练操作将记录成绩 上页 下页

任务1：一阶、二阶有源低通滤波器组建与幅频特性测试 第一步 搭接一阶、二阶有源低通滤波器； 用示波器观察输入、输出波形。 第二步 第三步 用波特仪观察幅频特性、相频特性 上页 下页

有源滤波器 （a）电路 （b）幅频特性 图8-1 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 ，上截止频率 ，用波特图示仪测得 ， 。将电路相关元件参数代入公式计 =1.592kHz， （20lg3=9.542dB），理论计算和仿真仪器测量结果基本一致。

2. 反相输入低通滤波器电路 （a）电路 （b）幅频特性 图8-2 一阶有源反相输入低通滤波器 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 （20lg2=6.02dB），上截止频率 。图8-2（b）为幅频特性,测量出放大器增益为6dB，上截止频率为1.585kHz。理论计算和仪器测量结果基本一致。图8-2（a）中将低通滤波电路R、C原件接入负反馈电路。虽然前后两个滤波电路不同，但R、C元件参数相同，所以幅频特性是一样的。上述两个电路也可应用“交流分析”法测量它们的幅频特性。

4.1.2 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RC低通电路构成了二阶低通滤波电路。 图8-3（a）中第一级RC低通电路中的C1的下端没有接地，而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反馈，使幅频特性得到改善。该电路的电压放大倍数： 滤波器的特征频率： ，等效品质因数 。 图8-3（a）低通滤波器电路图

有源滤波器 图8-3（b）Q=0.707 当Rf=5.85kΩ时，Q=0.707，这时的幅频特性比较平坦，电路的特征频率 的上截止频率 ，如图8-3（b）所示。

有源滤波器 图8-3（c）Q = 2 当Rf=15kΩ时，Q=2，幅频特性出现升峰现象，如图8-3（c）所示。

有源滤波器 图8-3 (d) Q =∞ 当Rf=20kΩ时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-3（d）所示，为避免这种情况，选择电路元件参数时，应使Rf<2R3。

任务2：一阶、二阶有源高通滤波器组建与幅频特性测试。 按图完成连线。 第一步 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， 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一1 V的正弦波信号（毫伏表指示）， 第二步 第三步 观察输出端的毫伏表的读数与示波器的波形。 测试相关数据。 上页 下页

有源滤波器 4.1.3 二阶有源高通滤波器（HPF） 高通滤波器电路与低通滤波器电路具有对偶关系，即将低通滤波器中滤波元件R、C的位置互换，即可得到高通滤波电路，如图8-4（a）所示，电路性能参数如下； 通带电压增益 特征频率 等效品质因数 图8-4（a）低通滤波器电路图

8.1 有源滤波器 图8-4 （b）Q=0.707 当Rf=5.85kΩ时，Q=0.707，Avf=1.585，根据公式计算 =1.592kHz，这时高通滤波器的幅频特性比较平滑， ≈1.6kHz，如图8-4（b）所示。

有源滤波器 图8-4 （c）Q=2 当Rf=15kΩ时，Avf=2.5，Q=2，高通滤波器的幅频特性出现升峰现象，如图8-4（c）所示。

8.1 有源滤波器 图8-4 （d）Q=∞ 当Rf=20kΩ时，Q将趋于无穷大，电路会产生自激振荡，如图8-4（d）所示，实际中应避免出现这种现象。

有源滤波器 图8-4 （e）参数扫描分析结果 图8-4（e）是用“参数扫描分析”法得出的结果，将（b）、（c）、（d）三种情况放在一个坐标系中作对比。

归纳小结 第一 滤波电路的基础知识 第二 滤波电路的分类 第三 有源滤波器与无源滤波器的特性差别 第四 第五 一阶、二阶有源低通滤波器的仿真与测试 第四 一阶、二阶有源高通滤波器的仿真与测试 第五 上页 下页

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