帶通濾波器的設(shè)計(jì)

1、一一設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)目目的的二二設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)任任務(wù)務(wù)及及要要求求八設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)體體會(huì)會(huì)與與感感想想四電電路路的的模模塊塊與與整整體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)五參參數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)與與器器件件選選擇擇六仿仿真真與與調(diào)調(diào)試試七故故障障分分析析三三設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)原原理理設(shè)計(jì)目的 學(xué)習(xí)基本理論知識(shí)在實(shí)踐中綜合應(yīng)用，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，鍛煉基本的設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。 學(xué)會(huì)濾波器的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試方法及故障排除。 培養(yǎng)實(shí)踐技能，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，濾波頻率在1KHz30KHz,即帶寬為29KHz; 在通頻帶內(nèi)紋波1dB； 單倍程衰減40dB.設(shè)計(jì)原理 一個(gè)理想的濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶，例

2、如在通帶內(nèi)沒(méi)有增益或者衰減， 并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒(méi)有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象。 電路結(jié)構(gòu) 整體構(gòu)思： 在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)是采用低通與高通的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，將信號(hào)先輸入低通濾波器，在低通濾波器中截止頻率為30KHz,然后將低通輸出信號(hào)輸入高通中，高通濾波器的截止頻率為1KHz,這樣使得最終輸出信號(hào)頻率為1KHz30KHz。1.電路模塊 低通模塊：截止頻率為30KHz的低通濾波器的設(shè)計(jì)電如下：高通模塊截

3、止頻率為1KHz的高通電路圖如下：電路整體結(jié)構(gòu)參數(shù)及器件選擇由設(shè)計(jì)要求紋波小于1dB，可知須選用1dB無(wú)限增益的切比雪夫設(shè)計(jì)表，在此設(shè)計(jì)過(guò)程中重要公試： K=100/f*C(f單位為Hz，C的單位為Uf，K為一系數(shù)，由所得的K值乘以表中數(shù)據(jù)，可得所選電阻，電容的值）低通濾波器的基本電路圖：1dB八階無(wú)限增益切比雪夫低通濾波表高通濾波器的基本電路圖：1dB八階無(wú)限增益切比雪夫高通濾波表器件選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求單倍程衰減40dB,而6dB/單倍程，一個(gè)無(wú)線增益的低通濾波基本電路是二階濾波，故選擇設(shè)計(jì)八階，即4個(gè)二階進(jìn)行階聯(lián)，對(duì)于高通一樣，故最終設(shè)計(jì)電路為十六階。 在低通濾波由于帶寬只有30KHz，所

4、以選擇LM324，因?yàn)長(zhǎng)M324增益帶寬積小，同時(shí)價(jià)格適中， 在高通濾波電路中由于帶寬很高，故選用增益帶寬積較大，性能較為穩(wěn)定的集成運(yùn)放，故選用OP07DP仿真及調(diào)試 利用Mulitisim仿真軟件仿真，其波特圖如下：帶通濾波器輸出波形輸入頻率為800Hz時(shí)輸入與輸出波形如下：輸入頻率為15KHz時(shí)輸入與輸出波形輸入頻率為35KHz時(shí)輸入與輸出波形調(diào)試及參數(shù)測(cè)量頻率f(Hz)1008001K1.2K1.4K1.6K2K3K3.5K輸出電壓U/(v)00.070.150.340.460.480.50.70.9頻率f(Hz)4K5K5.5K6K6.5K7K7.5K8K8.5K輸出電壓U/(v)1.

5、21.41.71.851.91.91.651.91.75頻率f(Hz)9K9.5K10K10.5K11K11.5K12K12.5K13K輸出電壓U/(v)1.21.110.860.820.780.680.630.62頻率f(Hz)13.5K14K14.5K15K15.5K16K16.5K17K17.5K輸出電壓U/(v)0.580.560.520.480.460.420.410.40.38頻率f(Hz)18K19K19.5K20K25K30K35K40K45K輸出電壓U/(v)0.360.320.310.30.240.20.150.0120參數(shù)用軟件繪圖如下：故障分析 將帶通拆分開(kāi)，對(duì)低通與高

6、通部分性能分別進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)試，在測(cè)試低通時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出波形如下： 經(jīng)分析可知是集成運(yùn)放的原因，運(yùn)放將輸出波形中的干擾波經(jīng)過(guò)示波器后聚集在一起，產(chǎn)生了毛刺，但是最終還是未能解決， 在測(cè)量高通時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的波形沒(méi)仿真時(shí)的理想，輸出的波形出現(xiàn)了雜波，高通輸出波形如下： 針對(duì)這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為是靜態(tài)工作點(diǎn)不合適，通過(guò)改變直流電源，輸出的波形較之前好了好多，但還是雜波影響嚴(yán)重，尚未解決，僅僅猜測(cè)是階數(shù)太高，抗干擾能力弱，另外，在仿真中使用的電阻在商場(chǎng)中買(mǎi)不到，所以阻值有些變化吧，這兩因素影響了輸出波形 在測(cè)試時(shí)存在這樣一個(gè)問(wèn)題：在1KHz30KHz頻率內(nèi)，但頻率小于2KHz,大于16KHz時(shí)波形有些嚴(yán)

7、重失真，而當(dāng)輸入小于1KHz時(shí)，輸出波形又正常，原因?yàn)椴槌觥?在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)在頻率范圍內(nèi)，不管如何改變輸入頻率，輸出波形均失真，最終調(diào)試發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)幅值有點(diǎn)大； 帶通延時(shí)帶通延時(shí) 在測(cè)試時(shí)，帶通有延時(shí)現(xiàn)象，在調(diào)到截止頻率以上時(shí)，帶通濾波立刻不能截止，會(huì)閃幾下，然后截止，且不穩(wěn)定。經(jīng)在網(wǎng)上查資料及分析，這個(gè)問(wèn)題極有可能是高通通過(guò)的頻率較高，板子的電容和電阻的排布有嚴(yán)重問(wèn)題，RC自激現(xiàn)象嚴(yán)重所致。 穩(wěn)定性差，測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)波形輸出不正常，將濾波器放一會(huì)兒，再去測(cè)試，發(fā)現(xiàn)輸出不正常了，也許是元器件的原因。 電路元件的排布影響整個(gè)電路的輸出，在我們3人小組做出的東西進(jìn)行測(cè)試時(shí)，同一個(gè)電路圖不同的元件排布，對(duì)輸出波形影響各不同，尤其電阻與電容的排布，因?yàn)閮烧呔嚯x影響RC選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)的篩選。 芯片發(fā)燙 解決方法：管腳短路 高通電路某一級(jí)錯(cuò)誤;在測(cè)試高通時(shí)，采用逐階測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有一階輸出異常，查資料后并未仿真錯(cuò)誤，原因不明 直流電源對(duì)輸出波形影響較大，在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)LM324與OP07DP的靜態(tài)工作電有差異，故影響信號(hào)的最終輸出設(shè)計(jì)感想與體會(huì) 通過(guò)這個(gè)假期對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)際相差很大，在