六階有源低通濾波器總結(jié)

1、 1.設(shè)計要求 2.系統(tǒng)框架/方案、仿真、設(shè)計等材料說明 3.實物展示和結(jié)果測試 4.數(shù)據(jù)的分析 5.通過計算可知，三級的放大符合我們的設(shè)計要求，在截止頻率10KHZ之內(nèi)，KP增益保存不變，隨著頻率的增大，輸入輸出的波形有一定的相位差，從最初的18度到截止頻率時的175度一、設(shè)計要求；2.1 2.1 系統(tǒng)框架系統(tǒng)框架/ /方案、仿真、設(shè)計等材料說明方案、仿真、設(shè)計等材料說明2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計框架系統(tǒng)設(shè)計框架/方案的論證方案的論證 系統(tǒng)的總體設(shè)計主要包括了傳遞函數(shù)，選擇電路結(jié)構(gòu)，選擇有源器件及計算無源元件參數(shù)四個步驟。 （1）、確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 確定電路的傳遞函數(shù)首先選擇一種逼近方法，對于選

2、擇有巴特沃斯逼近電路，切比雪夫逼近電路，貝塞爾逼近電路。對相位非常敏感的電路選擇貝塞爾逼近電路，大多數(shù)的情況下我們選擇巴特沃斯逼近電路和切比雪夫逼近電路。電路階數(shù)選擇應(yīng)按照給定的 通帶截止頻率，阻帶的截止頻率，通帶增益變化量來選擇階數(shù)。 （2）、電路的選擇，有一階濾波電路，壓控電壓源型濾波電路，無限增益多路反饋電路，雙二階環(huán)電路，可根據(jù)自己的設(shè)計要求選擇相應(yīng)的電路。注意，電路的選擇與特性要求密切相關(guān)，而特性的要求需要我們選擇靈敏度較低的電路，這就要求我們對品質(zhì)因數(shù)的要求更高。 （3）、有源器件的選擇，由于器件的特性不理想，一般情況下會限制信號的頻率上限，同時避免會引入噪聲，降低信噪比，從而限制

3、有用信號的下限幅值。根據(jù)信號幅值范圍及信噪比要求，選擇噪聲足夠低的器件，達(dá)到自己的設(shè)計要求。 （4）、無源參數(shù)的計算，濾波器的特性主要由R,C元件值決定，根據(jù)電路的要求，計算出對應(yīng)的R,C參數(shù)。 2.1.2系統(tǒng)仿真及說明系統(tǒng)仿真及說明 說明：第一幅圖是采用Multisim 13.0仿真的電路，根據(jù)計算出的R,C值，確定相應(yīng)電路結(jié)構(gòu)，仿真的結(jié)果符合自己的設(shè)計要求，采用LM324芯片4級運(yùn)放放大。第二幅圖為仿真的波特儀實驗結(jié)果圖，從仿真的數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)計的電路為低通濾波器，截止頻率為10KHZ。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計及說明系統(tǒng)設(shè)計及說明 根據(jù)對比選擇，本次濾波器設(shè)計為六階低通濾波器，采用巴特沃斯逼近

4、電路，壓控電壓源型濾波電路，以下為各參數(shù)的計算： 6階巴特沃思低通濾波器的傳遞函數(shù)，用3個2階巴特沃思低通濾波器構(gòu) 1個6階巴特沃恩低通濾波器，其傳遞函數(shù)為： 為了簡化計算，其參數(shù)滿足如下條件：選取C=0.1uF，可算得R=160 6階巴特沃思低通濾波器3個阻尼系數(shù)為：0.5176；1.414；1.9386，由此算得兩個零頻增益為： G1=3-0.5176=2.48224 G2=3-1.414=1.586 G3=3-1.9381=1.0619 可以選擇3個2階巴特沃斯低通濾波器級聯(lián)組成。增益分別為： G1=1+1.148 G2=1+0.586 G3 =1+0.00619 對于第一級，若選取R3

5、=60K，則R4=3.714K； 對于第二級，若選取R7=30K，則R8=17.58K； 對于第三級，若選取R11=20K，則R12=29.684K。2.3 2.3 測試框架和各指標(biāo)測試方法的描述測試框架和各指標(biāo)測試方法的描述 2.3.1 輸入輸出的Vpp測量 輸入的Vpp測量，可以通過函數(shù)發(fā)生器的輸入電壓讀取，根據(jù)電路的要求，輸入電壓的Vpp為1V； 輸出的Vpp測量，使用示波器的進(jìn)行測量，示波器的使用，可以觀察出Vmax,Vmin,Vpp,電路的相位偏移。 2.3.2 三級中各級的VPP測量 三級中各級的VPP測量，使用示波器進(jìn)行測量，使用示波器電筆逐級測量LM324芯片各級的輸出端，記錄

6、數(shù)據(jù)。 2.3.3 各個頻率下波形的記錄 測量的頻率有1KHZ ,2KHZ, 10KHZ, 20KHZ，使用示波器測出對應(yīng)頻率下波形圖，使用手機(jī)進(jìn)行拍照，用于數(shù)據(jù)的處理使用。2.4 2.4 測試主要設(shè)備及設(shè)備指標(biāo)要求與評價測試主要設(shè)備及設(shè)備指標(biāo)要求與評價2.4.1 DP832主要性能指標(biāo) 單路輸出 40V/5A,20V/10A,最大功率可達(dá)到195W 低紋波噪聲: 350uVrms / 3mVpp 快速的瞬態(tài)響應(yīng)時間: 50us 0.01%的電源調(diào)節(jié)率和負(fù)載調(diào)節(jié)率 內(nèi)置V/A/W測量和波形顯示 實時測量并同時顯示V/A/W參數(shù)變化趨勢。 輸出分析、監(jiān)視、設(shè)置預(yù)設(shè)等功能 具有輸出分析、監(jiān)視、設(shè)置

7、預(yù)設(shè)等功能，實現(xiàn)全方位監(jiān)控分析。2.4.2 DG1022U主要性能指標(biāo)2.4.3 SDS3102主要性能指標(biāo)帶寬高達(dá)1GHz實時采樣率高達(dá)4G Sa/s 存儲深度達(dá)10Mpts/CH 波形捕獲率高達(dá)250,000幀/秒高波形捕獲率 實時波形錄制以及回放，分析功能256級波形輝度和色溫顯示采用windows操作系統(tǒng)，支持鍵鼠控制提供IIC，SPI，RS232，CAN，LIN等總線的觸發(fā)和解碼功能2.4.4 對于實驗提供儀器的評價 實驗室提供的儀器，信號發(fā)生器，學(xué)生電源，示波器都滿足電路的測量要求，對于示波器的不足，RIGOL型號不能讀出其相位，使用SDS3102型號的可自動讀出，精度更高，測量的

8、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確 三、實物展示和結(jié)果測試四、數(shù)據(jù)分析 1KHZ頻率數(shù)據(jù)記錄 2KHZ頻率數(shù)據(jù)記錄 Vmax（V）Vmin(V)Vpp(V)in1.16-1.401.05out4.56-5.924.4一級1.14-1.521.16二級1.84-2.361.8三級4.56-5.924.4 VmaxVminVppin1.10-1.421.05out4.48-5.924.4一級1.10-1.481.15二級1.8-2.321.79三級4.48-5.9210.5 10KHZ數(shù)據(jù)記錄 20KHZ數(shù)據(jù)記錄 VmaxVminVppin940mv-1.321.05out3.36-4.83.18一級560mv-992m

9、v1.52二級640mv-1.281.92三級3.36-4.83.188VmaxVminVppin800mv-1.161.05out-580mv-1.06500mv一級740mv-1.101.8二級-822mv-871mv52mv三級-580mv-1.06500mv各個頻率下相位的變化 輸入波形和輸出波形有一定的相位差，大約為18度，在10KHZ的范圍變化頻率，輸出波形的相位一直在變化，到截止頻率10KHZ時，相位差達(dá)到170度左右，這是由于放大器的電容引起的，可以才有電容相位補(bǔ)償或者電感補(bǔ)償，使輸出的波形和輸入的波形的相位差減小。 1KHZ時：第一級放大倍數(shù)KP1=1.15/1.05=1.1

10、0 第二級放大倍數(shù)KP2=1.8/1.16=1.55 第三級放大倍數(shù)KP3=4.40/1.80=2.33 KP=4.40/1.05=4.192 2KHZ時：第一級放大倍數(shù)KP1=1.16/1.05=1.10 第二級放大倍數(shù)KP2=1.79/1.16=1.55 第三級放大倍數(shù)KP3=4.40/1.80=2.33 KP=4.40/1.05=4.192 10KHZ時：KP=3.7/1.05=3.523 20KHZ時：KP=0.023/1.05=0.021 通過計算可知，三級的放大符合我們的設(shè)計要求，在截止頻率10KHZ之內(nèi)，KP增益保存不變，隨著頻率的增大，輸入輸出的波形有一定的相位差，從最初的18度到截止頻率時的175度。五、測試小結(jié) 在測試的過程中出現(xiàn)了一些小差錯，首先我們的實物被人插反了導(dǎo)致結(jié)果沒有輸處波型，后來我們經(jīng)過了一系列的調(diào)試，先是做了分析可能哪些地方出錯會導(dǎo)致這個結(jié)果，然后經(jīng)過了一系列排查，例如用萬用表測量每個地方的導(dǎo)線通路，最后我們用萬用表測芯片的管腳電壓和輸出管腳的波形，發(fā)現(xiàn)管腳無電壓且芯片無輸出，然后發(fā)現(xiàn)芯片因為接